Canlılık ve Enerji konusu, 12. sınıf ve AYT Biyoloji için çok önemli bir konu. Her sene mutlaka soru geliyor. Canlılarda enerji nedir, ATP nedir, enerji dönüşümü nasıl gerçekleşir öğrendikten ve soru çözmeye başladıktan sonra bu konunun sana çok kolay geleceğine eminiz! Kunduz Biyoloji eğitmenlerimizden Sakine Hoca, Canlılık ve Enerji konusu hakkında senin için çok faydalı bir yazı hazırladı. Şimdi bu konuyu beraber keşfedelim!
Enerji Nedir?
Hücre, canlılığını devam ettirebilmek için sürekli bir biçimde enerjiye ihtiyaç duyar. Büyüme, çoğalma, hareket, gerekli maddelerin sentezlenmesi ve çevreyle madde alışverişi gibi hücrede gerçekleşen bütün yaşamsal faaliyetlerde enerji kullanılır. Enerji, bir sistemin iş yapabilme yeteneğidir. Yeryüzündeki bütün canlıların en önemli temel enerji kaynağı güneştir.
Canlılık ve Enerji Dönüşümü
Yeryüzünde yaşam, canlıların enerjiyi bir biçimden diğerine dönüştürme yeteneği sayesinde devam eder. Enerji yeryüzüne güneşten gelir. Canlılar gereken enerjiyi besinlerden karşılar. Besinleri oluşturan organik moleküller bir dizi kimyasal tepkimeyle yıkılarak enerji açığa çıkarılır. Hücrede gerçekleşen kimyasal tepkimelerin hepsine birden metabolizma adı verilir. Metabolizma, yapım ve yıkım reaksiyonlarından oluşur. Basit moleküllerden karmaşık yapılı moleküllerin sentezlendiği reaksiyonlara yapım reaksiyonları (anabolizma) denir. Amino asitlerden proteinlerin sentezlenmesi bir yapım reaksiyonudur. Karmaşık moleküllerin daha basit moleküllere parçalandığı reaksiyonlar ise yıkım reaksiyonu (katabolizma) olarak adlandırılır. Örneğin glikojenin glikoza ya da glikozun su ve karbondiokside parçalanması yıkım reaksiyonudur.
Canlılar dünyasında üç ana tip enerji dönüşümü vardır.
I. tip enerji dönüşümü
Fotosentez olayı ile güneşin ışınım enerjisi organik bileşiklerin bağlarındaki kimyasal enerjiye dönüşür. Kimyasal enerji fotosentezle üretilen organik moleküllerdeki kimyasal bağlarda depolanır.
II. tip enerji dönüşümü
Organik bileşiklerdeki kimyasal bağ enerjisinin, hücresel solunum sırasında hücre içinde kullanılabilen yüksek enerjili fosfat bağlarına dönüşümü. Yani ATP sentezlenmesi (fosforilasyon) olayıdır.
III. tip enerji dönüşümü
ATP nin yüksek enerjili fosfat bağlarının hidroliz reaksiyonlarıyla kopartılması şeklinde başlayan dönüşümdür. ATP açığa çıkan enerjisi farklı enerji türlerine dönüştürülerek kullanılır. Örneğin bu enerji hareket ederken kaslarınızda kinetik enerjiye, düşünürken sinir hücrelerinizde elektrik enerjisine dönüştürülür. Bunun yanı sıra ateş böceği gibi bazı canlılar kimyasal enerjiyi ışık enerjisine dönüştürebilen sistemlere sahiptir.
Hücrede gerçekleşen kimyasal tepkimeler serbest enerji değişimine göre iki gruba ayrılır.
Ekzergonik tepkime
Enerji açığa çıkaran tepkimelere (enerji veren) denir. Defosforilasyon, oksijenli ve oksijensiz solunum solunum örnek gösterilebilir.
Endergonik tepkime
Gerçekleşmesi için enerjiye ihtiyaç duyulan tepkimelerdir. -Örnek: Fosforilasyon, fotosentez sırasında organik moleküllerin sentezlendiği reaksiyonlar, bütün biyosentez reaksiyonları, kasların kasılmasını, aktif taşıma, hücre bölünmesi ve sinirsel iletimi sağlayan reaksiyonlar endergoniktir.
ATP Yapısı
ATP’nin enerjiyi depolama ve aktarma yeteneği yapısal özelliklerinden kaynaklanmaktadır. ATP molekülü azotlu bir baz (adenin), beş karbonlu bir şeker (riboz) ve birbirine bağlı 3 fosfat grubundan oluşur. Kimyasal enerji, ATP’nin fosfat grupları arasındaki bağlarda depolanır. ATP su ile tepkimeye girdiğinde fosfat grupları arasındaki bağlar çözülür (hidroliz) ve büyük miktarda enerji açığa çıkar. Bu nedenle ATP’deki fosfat bağları “yüksek enerjili bağlar” olarak adlandırılır. ATP’nin fosfat bağlarının en önemli özelliği çok kırılgan olmalarıdır. Her biri negatif yüklü olan fosfat grupları birbirine çok yakın konumda bulunmaktadır. Aynı işaretli yüklerin birbirini itmesi nedeniyle zincirin sonunda yer alan fosfat grubu kolayca koparılabilir ve başka bir moleküle aktarılabilir.
ATP’nin Özellikleri
- Tüm canlılar tarafından sentezlenir.
- ATP enerji depolar ancak kendisi hücrede depo edilemez.
- ATP, hücreler arası boşluklara çıkamaz. Hücre içinde sentezlenir ve hücre içinde harcanır.
- ATP ihtiyaç durumunda hücreden hücreye transfer edilebilir. Örneğin; bitkilerde arkadaş hücrelerden kalburlu hücrelere ATP geçişi olur.
- Sitoplazma, mitokondri ve kloroplastlarda sentezlenir.
- Hücrede ADP’ye bir fosfat grubunun eklenmesi sonucu ATP sentezlenir. Bu olaya fosforilasyon denir. Enerji harcanarak gerçekleştiği için endergonik tepkimedir.
- ATP’den su ve ATPaz enzimi aracılığı ile bir fosfat bağının kopması ile tekrar ADP oluşur. Bu olaya da ATP yıkımı (defasforilasyon) denir. Enerji açığa çıktığı için ekzergonik tepkimedir. Laboratuvar koşullarında bir mol ATP’nin hidrolizi ile 7 300 cal’lik enerji açığa çıkar.
- ADP’den bir fosfat daha ayrılırsa Adenozin Mono Fosfat (AMP) oluşur.
ATP Döngüsü
ATP Dönüşümleri
ATP çok kısa bir süre içerisinde kullanılarak ADP’ye dönüşür ve ADP’ye fosfat grubu eklenmesiyle yeniden oluşturulabilir. ADP’den ATP sentezi özgül enzimler tarafından katalize edilir. ATP hücrede depolanamaz. Hücre aralıksız bir biçimde enerjiye ihtiyaç duyduğu için ATP’nin de sürekli yenilenmesi gerekir. ATP molekülünü kullanıma hazır bir şarjlı pile benzetebiliriz. ATP’den bir fosfat grubu ayrıldığında molekülde depolanmış olan enerji azalır. ADP’ye bir fosfat grubu eklenerek ATP sentezlendiğinde ise pil tekrar şarj edilmiş yani pile enerji yüklenmiştir.
Fosforilasyon Tepkimeleri
Bir organik moleküle fosfat grubu bağlanmasına fosforilasyon denir. Hücrede ATP sentezi fosforilasyon reaksiyonlarıyla gerçekleşir. ATP sentezinde kullanılan enerjinin kaynağına göre dört çeşit fosforilasyon vardır:
Substrat düzeyinde fosforilasyon
- Yapısında fosfat bulunan bir substrattan ADP’ye bir fosfat grubu aktarılarak ATP sentezlenir.
Oksidatif fosforilasyon
- Organik moleküllerden ayrılan hidrojenlerin yüksek enerjili elektronlarının oksijene taşınması sırasında açığa çıkan enerji ile ATP sentezlenir.
- Oksidatif fosforilasyon (O.F), oksijenli ve oksijensiz solunumun ETS (Elektron Taşıma Evresi) evresinde ve kemosentez olayında gerçekleşir.
- Kemofosforilasyon diye bir fosforilasyon çeşidi yoktur. Aslında kemosentez olayındaki ATP sentez çeşidi de oksidatif fosforilasyondur. Bazı bakterilerin inorganik moleküllerden kimyasal reaksiyonlar yoluyla elde ettikleri enerjiyle ATP sentezlenir.
Fotofosforilasyon (Fotosentez ile ATP sentezi)
- Kloroplastlarda fotosentezin ışığa bağımlı reaksiyonlarda fotofosforilasyon ile üretilen ATP’ler ışıktan bağımsız reaksiyonlarda harcanır. Başka bir metabolik olay için harcanmaz. Yani ATP kloroplastlardan dışarı çıkmaz. Hücre metabolizması için gerekli olan ATP, hücresel solunumlarda üretilen ATP’den karşılanır.
Şimdi Canlılık ve Enerji konusunda bilgilerini pekiştirme zamanı!
12. sınıf Biyoloji müfredatında bulunan bu konuyu tam olarak anlamak için senin de tahmin edeceğin üzere bol bol soru çözümü yapmak da çok önemli. Çünkü bilgileri öğrendikten sonra, soruların içinde nasıl yer aldığını görmen gerekiyor. Kendi kaynaklarına ek olarak MEB tarafından yayınlanan Kazanım Testlerini de çözmeni tavsiye ediyoruz. Enerji konusunda bolca bahsi geçen ATP’nin hücre organellerinde kullanımını da öğrenmek istersen Hücre başlıklı konu anlatım yazımızı da incelemen, konuya kapsamlı bir erişim sağlamanı kolaylaştıracaktır. Kunduz’da şu ana kadar, Doğal Kaynaklar ve Biyolojik Çeşitliliğin konulu binlerce soru alanında uzman Biyoloji eğitmenleri tarafından çözüldü. Daha fazla Doğal Kaynaklar ve Biyolojik Çeşitliliğin sorusu ve detaylı çözümlerini görmek istersen, aşağıdaki butona tıklayabilirsin!