KEMOSENTEZ

*

chemosynthesis

**
Glikozun Biyolojik Önemi nedir?

• Glikoz, yaşayan tüm canlılar ve canlı yapıların bulundurmak zorunda olduğu temel organik maddedir.
• Denilebilir ki inorganik maddeler cephesinde su ne anlam ifade ediyor ise organik maddeler cephesinde de glikoz aynı şeyi ifade etmektedir; vazgeçilmesi mümkün olmayan bir moleküldür.
• Glikoz enerji verici olmasının yanı sıra diğer organik maddelerin üretilmesi, yapıcı ve depo polimerlerin üretilebilmesi için de kullanılır.

GLİKOZU NASIL ELDE EDERİZ?

Canlılar temel yaşam biçimlerine göre;

a- OTOROF: İnorganik öncülleri dönüştürerek glikoz sentezleyerek.

b- HETEROTROF: Başka canlıların yapılarında bulunan glikozu alınıp kullanarak.

Her organik molekül gibi zaman içerisinde ve doğal etkiler ile bozulabileceği dikkate alınır ise glikoz ekolojisinin devam edebilmesi için ilk maddedeki seçenek“inorganik öncüllerden glikoz sentezi” süreklilik göstermesi gereke bir mecburiyet haline gelmektedir.

***

Glikoz Doğada En Çok Hangi Yolla Üretilmektedir? 

Biyosferimizin temel glikoz üretim yolu fotosentezdir: Karbondioksit ve su kimyasal reaksiyonlar ile glikoza dönüştürülür.

Fotosentez olayının özellikle “karanlık evre” olarak tabir edilen kısmının gereğinden daha karmaşık olması reaksiyona girebilen ve dahi çıkabilen molekül çeşitliliğini artırabilmek amacına hizmet eder. Sonuç olarak fotosentez, sadece glikoz değil ototroflrın ihtiyaç duyduğu diğer organik maddeleri de karşılayan bir kaynaktır. 

***

KİMYASAL DÖNÜŞÜM NEDİR?
Glikoz tedarikinin kimyasal yol veya yolaklar ile mümkün olabileceği hususu anlaşıldığına göre biz, bu pencereden bakarak olayları ele alalım.

En yalın hali ile kimyasal bir reaksiyonun gerçekleşmeye başlaması; substrat (giren madde veya maddeler), ve enerji ile mümkündür.

Canlılar esas olarak hangi enerjiyi kullanır?

ENERJİ (=ATP)

Tüm canlıların direk olarak kullanabildikleri esas eneji türü ATP enerjisidir.

Tüm canlılar ATP üretir ve tüketir.

Tüm canlılar gereksinim duydukları ATP yi kendileri üretirler.

ATP Nasıl Üretilir?

ATP enerji vericidir ancak üretilebilmesi için de enerjiye ihtiyaç vardır:
ATP SENTEZİ (FOSFORİLASYON) İÇİN ENERJİ KAYNAKLARI

A-FOTOSENTEZ:

• Güneş ışığı yardımı ile ATP üretimidir.

B-KEMOSENTEZ:

•        Kükürtlü madde oksidasyonu: H2S veya S2 nin oksitlenmesi ile elde edilen enerji.
•    Demir oksidasyonu: Fe++ oksitlenmesi ile elde edilen enerji.
•    Azot oksidasyonu: NH3, NO2 oksidasyonu ile elde edilen enerji.
•    Hidrojen oksidasyonu: H2 oksidasyonu ile elde edilen enerji.
•    Metan oksidasyonu: CH4 oksidasyonu ile elde edilen enerji.

Kemosentezin doğru anlaşılabilmesi için fotosentez ile karşılaştırmalı anlatılması yararlı olur. Fotosentezin sübstratları CO2 ve H2O olup gereken enerji güneş ışığından elde edilmektedir. Bu olay özel ortam koşullarında “hücre içi” gerçekleşir.

***

FOTOSENTEZ:

I-       KARANLIK EVRE SUBSTRATLARI: CO2, H2O

II-     ENERJİ KAYNAĞI: Güneş ışığı (Fotofosforilasyon)

KEMOSENTEZ:

I-       GLİKOZ SENTEZ SUBSTRATLARI : CO2, CH4, H2O, H2S, H2

II-     ENERJİ KAYNAĞI: Oksitlenebilir inorganik maddelerden enerji (Kemofosforilasyon).

SONUÇ:
Kemosentez;

I-  Fosforilasyon
II- Glikoz sentezi olarak iki kısımdan meydana gelir.

UYARI:
H2S kullanılan fotosentez (Mor Sülfür Bakterileri) ile H2S kullanılan (kükürt kemosentezi) farklı olaylardır.

KEMOSENTEZ GENEL PRENSİPLER

1. Mutlak gereksinim duyulan temel bir organik molekül “glikoz” üretimini sağlamaya yöneliktir.
2. Kemosentezin esas hedefi glikoz üretimidir, reaksiyonlara giren ve çıkan maddelerin daha da çeşitleniyor olması amaç değil kemosentetik koşulların doğal bir sonuçudur.
3. Kemosentez fotosenteze oranla daha zayıf bir enerji kaynağı kullanmak durumundadır: Kemosentez fotosenteze oranla daha yavaş ilerlemesinin nedeni enerji kaynağının güneş ışığına oranla daha zayıf kalıyor olmasıdır..
4. Fotosentezin mümkün olduğu koşullarda fotosentetik türlerin yüksek rekabet mekanizmaları nedeniyle kemosentetik canlılara rastlanması imkansızdır.
5. Kemosentez yalnızca bir hücreli canlılar tarafından yapılabilir. Tüp solucanı vb canlılar kemosentetik bir hücreliler ile simbiyotik yaşam geliştirmiş olan canlılardır.
6. Derin deniz tabanında hidrotermal bacalar ve olü hayvan kalıntılarının çevresinde ortaya çıkan ekosistemler güneş ışığı almayan kemosentetik ekosistemler oluştururlar.

Bakterilerde Farklı Yakıt Hücreleri

*

Denitrifikasyon bakterilerilerinin hidrazini nasıl metabolize ettiği belirlendi.

**

Atmosfer ve organik madde arasındaki azot değişimi, dünyadaki yaşam için çok önemlidir. Azot, proteinler ve DNA gibi temel moleküllerin önemli bir bileşenidir. Bu değişim için 1990'larda keşfedilen ana rota, bazı bakterilerde bulunan anammox yoludur. İnsanlar tarafından roket yakıtı olarak da kullanılan oldukça reaktif bir madde olan hidrazin ile ilerler. Max Planck Tıbbi Araştırma Enstitüsü'ndeki araştırmacılar, Hollanda'daki Max Planck Biyofizik Enstitüsü ve Radboud Üniversitesi'nden bilim adamları ile işbirliği yaparak bu süreçte son adımı gerçekleştiren enzimin yapısını belirledi: Hidrazin azot gazına dönüştürülürken enerji hasat edilmektedir. Bilimsel Gelişmelerde yeni yayınlanan sonuçlar Kimyasal dönüşüm sırasında salınan çok sayıda elektronun taşınması için benzeri görülmemiş bir heme grupları ağı gösterdi.

Biyojeokimyasal azot çevrimi

Azot, azot gazı (N 2 ) şeklinde atmosferin yaklaşık yüzde 80'ini oluşturur. Nitrojen ise yer kabuğunda az miktarlarda bulunmaktadır. Bununla birlikte, tüm canlı organizmalar azota gereksinim duyarlar. Azot temel moleküllerinin çoğunun bir parçasıdır. Canlılar doğrudan atmosferik azotu kullanamazlar ve farklı bir kimyasal formda olmasını isterler. Bir dizi bakteri bu dönüşümleri gerçekleştirir ve daha reaktif azot formları üreterek biyokimyasal azot döngüsüne katkıda bulunur.

Anammox Bakterileri 

1990'lı yıllarda bilim adamları anaerobik amonyum oksidasyonu (anammox) adı verilen bakteriyel bir süreç keşfettiler. Heidelberg Tıbbi Araştırmalar Grubu'nun grup lideri Thomas Barends, “Artık bu sürecin okyanusların yıllık azot gideriminin yüzde 30 ila 70'inden sorumlu olduğuna inanıyoruz” demektedir. Radboud Üniversitesi'nden Cornelia Welte ise " Sahip oldukları bu özellik nedeniyle, tüm dünyada sürdürülebilir atık su arıtımında anammox bakterileri kullanılmaktadır" diyor. Bu işlem sırasında, bakteri nitritler ve amonyakı dönüştürerek hücre için enerji üretmektedir. Hidrazin bu olayların ara aşamalarında üretilir. Hidrazin, roket yakıtı bileşenlerindendir ancak, bakteriler tarafından metabolik bir yakıt olarak kullanılması oldukça egzotik, - yüksek toksisitesi nedeniyle - canlı organizmalarda bulunması  şaşırtıcı olarak nitelendirilmektedir. Welte: "Şimdiye kadar hidrazin, diğer bakterilerde değil, sadece anammoxta bulundu." Yakın zamana kadar, bu bakterilerin hidrazin dönüşümü sırasında salınan enerjiyi nasıl kullandıkları hakkında çok az şey biliniyordu” demektedir.