Canlıların yaşamlarını sürdürebilmesi, büyümesi, hareket etmesi ve metabolik olayları gerçekleştirmesi için enerjiye ihtiyacı vardır. Canlılar bu enerjiyi doğrudan kullanamazlar. Hücrelerin kullanabileceği enerji, ATP (Adenozin Trifosfat) adı verilen özel bir molekülde depolanır ve ihtiyaç duyulduğunda buradan sağlanır.

1. ATP’nin Yapısı ve Enerji Dönüşümü

ATP, hücrenin anlık enerji ihtiyacını karşılayan, hemen kullanılabilir bir enerji kaynağıdır. Bir ATP molekülü;

• Adenin adı verilen bir azotlu organik baz,
• Riboz adı verilen 5 karbonlu bir şeker,
• Ve birbirine yüksek enerjili fosfat bağlarıyla bağlı üç fosfat grubundan oluşur.

ATP’nin en önemli özelliği, son iki fosfat arasındaki bağların kopmasıyla büyük miktarda enerjinin açığa çıkmasıdır. Bu olaya hidroliz denir.

• ATP → ADP + Pi + Enerji (Enerji açığa çıkar ve hücre bu enerjiyi kullanır.)
• ADP + Pi + Enerji → ATP (Enerji harcanarak ATP sentezlenir. Bu olaya fosforilasyon denir.)

Enerji, canlılarda temel olarak iki yolla elde edilir: ototrof ve heterotrof beslenme.

• Ototrof Canlılar: Kendi besinlerini üreten canlılardır. Bunlar fotosentez veya kemosentez yaparak enerji elde eder.
• Heterotrof Canlılar: Kendi besinlerini üretemeyen, dışarıdan hazır olarak alan canlılardır. Hayvanlar, mantarlar ve bazı bakteriler bu gruba girer.

2. Fotosentez

Fotosentez, ışık enerjisinin kullanılarak inorganik maddelerden (su ve karbondioksit) organik besin (glikoz) sentezlenmesi olayıdır. Bu olay klorofil pigmenti taşıyan canlılarda gerçekleşir.

• Fotosentezin Genel Denklemi: 6CO₂ + 6H₂O → C₆H₁₂O₆ + 6O₂

Fotosentez, kloroplast organelinde gerçekleşir ve iki ana evreden oluşur:

• A. Işığa Bağımlı Reaksiyonlar:
  • Yer: Kloroplastın tilakoit zarlarında (granum).
  • Gereksinimler: Işık enerjisi ve su.
  • Ürünler: ATP, NADPH (yüksek enerjili elektron taşıyıcı molekül) ve oksijen. Oksijen atmosfere verilir.
• B. Işıktan Bağımsız Reaksiyonlar (Calvin Döngüsü):
  • Yer: Kloroplastın stromasında.
  • Gereksinimler: Işıklı evrede üretilen ATP ve NADPH ile karbondioksit.
  • Ürünler: Organik besin (glikoz). Bu reaksiyonlar doğrudan ışığa ihtiyaç duymaz ancak ışıklı evrenin ürünlerine bağlıdır.

Fotosentez Hızını Etkileyen Faktörler:

• Işık Şiddeti: Belli bir seviyeye kadar fotosentez hızını artırır.
• Sıcaklık: Enzimlerin optimum sıcaklık aralığında çalışması önemlidir. Çok düşük veya çok yüksek sıcaklık hızı düşürür.
• CO₂ Miktarı: Belli bir seviyeye kadar hız artar, sonra sabit kalır.
• Su Miktarı: Enzimler için önemli bir maddedir, belli bir düzeyin altında hız düşer.
• Işığın Dalgaboyu: Klorofil pigmenti en çok mor, mavi ve kırmızı ışığı emer. Yeşil ışık ise en az emilen ve yansıtılan ışıktır, bu nedenle yeşil ışıkta fotosentez hızı en düşüktür.

3. Kemosentez

Kemosentez, bazı bakteri ve arkelerin yaptığı, inorganik maddelerin oksidasyonu (kimyasal enerji) ile elde edilen enerji kullanılarak organik besin sentezlenmesi olayıdır. Bu olayda ışığa ihtiyaç yoktur ve yan ürün olarak oksijen açığa çıkmaz. Toprak ve su döngülerinde önemli rol oynarlar.

4. Hücresel Solunum

Hücresel solunum, besinlerde depolanmış kimyasal enerjiyi, hücrenin kullanabileceği ATP enerjisine dönüştürme sürecidir.

• A. Oksijenli Solunum:
  • Yer: Ökaryotlarda sitoplazma ve mitokondri.
  • Gereksinimler: Organik besin (glikoz) ve oksijen.
  • Ürünler: Karbondioksit, su ve bol miktarda ATP (30-32 ATP).
  • Evreler:
    • Glikoliz: Sitoplazmada gerçekleşir. Glikoz, 2 pirüvata parçalanır. 2 ATP ve 2 NADH molekülü oluşur.
    • Krebs Döngüsü: Mitokondri matriksinde gerçekleşir. Pirüvat, asetil CoA’ya dönüşerek döngüye katılır. CO₂, NADH, FADH₂ ve 2 ATP üretilir.
    • Elektron Taşıma Sistemi (ETS): Mitokondrinin iç zarında gerçekleşir. NADH ve FADH₂’den gelen yüksek enerjili elektronlar ETS’de taşınır. Bu süreçte en fazla ATP sentezlenir (26-28 ATP).
• B. Oksijensiz Solunum ve Fermantasyon:
  • Oksijen kullanılmadan ATP üretme süreçleridir. Oksijenli solunuma göre daha az verimlidir.
  • Fermantasyon: Glikolizle başlar ve pirüvatın son ürünlere (laktik asit veya etil alkol) dönüştürülmesiyle devam eder. Toplamda 2 ATP sentezlenir.

Çözümlü Örnek Test Soruları

1. Soru: Fotosentez hızını etkileyen faktörlerden biri olan ışığın dalga boyu ile ilgili aşağıdakilerden hangisi doğrudur? A) Kırmızı ışıkta fotosentez hızı en düşüktür. B) Yeşil ışıkta fotosentez hızı en yüksektir. C) Fotosentez, yeşil ışıkta neredeyse hiç gerçekleşmez. D) Mor ve mavi ışıkta fotosentez hızı, kırmızı ışıktan daha düşüktür. E) Bütün dalga boylarındaki ışıkta fotosentez hızı aynıdır.

Çözüm: Fotosentez, klorofil pigmentinin en fazla mor, mavi ve kırmızı ışığı emmesi sayesinde hızlı gerçekleşir. Yeşil ışık ise kloroplast tarafından en az emilen ve en çok yansıtılan ışıktır. Bu nedenle yeşil ışıkta fotosentez hızı en düşüktür, hatta bazı durumlarda yok denecek kadar azdır. Doğru Cevap: C

2. Soru: Hücresel solunumun glikoliz evresi ile ilgili aşağıdaki ifadelerden hangisi yanlıştır? A) Oksijenli ve oksijensiz solunum yapan tüm canlılarda ortak olarak gerçekleşir. B) Sitoplazmada meydana gelir. C) Glikoz molekülü pirüvata kadar parçalanır. D) Bu evre sonucunda net 2 ATP sentezlenir. E) Mitokondri organelinde gerçekleşir.

Çözüm: Glikoliz, hem oksijenli hem de oksijensiz solunumun başlangıç evresidir ve tüm canlılarda sitoplazmada gerçekleşir. Glikozun pirüvata parçalandığı bu evrede net 2 ATP üretilir. Ancak, glikoliz mitokondride değil, sitoplazmada gerçekleşir. Doğru Cevap: E

3. Soru: Canlıların enerji ihtiyaçları için besinleri kullanma sıralaması aşağıdakilerin hangisinde doğru verilmiştir? A) Karbonhidratlar → Yağlar → Proteinler B) Yağlar → Karbonhidratlar → Proteinler C) Proteinler → Karbonhidratlar → Yağlar D) Karbonhidratlar → Proteinler → Yağlar E) Yağlar → Proteinler → Karbonhidratlar

Çözüm: Vücut, enerji elde etmek için en kolay parçalayabildiği ve en hızlı enerji sağlayan molekülleri öncelikle kullanır.

1. Karbonhidratlar: Hızlı enerji kaynağıdır. İlk sırada kullanılır.
2. Yağlar: Birim gram başına en fazla enerjiyi sağlarlar. İkinci sırada kullanılır.
3. Proteinler: Vücudun yapı maddesi oldukları için en son sırada ve zorunlu durumlarda enerji kaynağı olarak kullanılırlar. Doğru Cevap: A

4. Soru: Kemosentez ve fotosentez olayları karşılaştırıldığında, aşağıdakilerden hangisi kemosenteze özgü bir özelliktir? A) İnorganik maddelerden organik besin üretme. B) Işık enerjisi kullanarak besin sentezleme. C) Oksijen gazı üretme. D) Besin sentezi için gerekli enerjiyi inorganik maddelerin oksidasyonundan sağlama. E) Klorofil bulundurma.

Çözüm: Kemosentez, inorganik maddelerin (amonyak, nitrit, demir bileşikleri vb.) oksidasyonundan elde edilen kimyasal enerjiyi kullanarak besin sentezlenmesidir. Fotosentezde ise enerji kaynağı ışıktır. Fotosentez yapan canlılar klorofil pigmentine sahiptir ve yan ürün olarak oksijen üretirler. Doğru Cevap: D

5. Soru: Aşağıdaki moleküllerden hangisi hem fotosentez hem de hücresel solunumda ortak olarak kullanılır veya üretilir? A) ATP B) O₂ C) CO₂ D) H₂O E) C₆H₁₂O₆ (glikoz)

Çözüm:

• ATP: Fotosentezde üretilir, hücresel solunumda üretilir.
• O₂ (Oksijen): Fotosentezde üretilir, hücresel solunumda tüketilir.
• CO₂ (Karbondioksit): Fotosentezde tüketilir, hücresel solunumda üretilir.
• H₂O (Su): Fotosentezde tüketilir, hücresel solunumda üretilir.
• C₆H₁₂O₆ (glikoz): Fotosentezde üretilir, hücresel solunumda tüketilir. Soruda “kullanılır veya üretilir” denildiği için hem fotosentez hem de solunumda rol oynayan bir molekülü bulmalıyız. ATP, fotosentezin ışığa bağımlı evresinde üretilip ışıktan bağımsız evresinde kullanılır, aynı zamanda hücresel solunumun temel ürünüdür. Bu nedenle ATP, her iki süreçte de doğrudan rol oynayan ortak bir moleküldür. Doğru Cevap: A