Hiç şüphe yok ki enerji, canlı organizmaların yaşamlarını sürdürebilmeleri ve yaşamsal faaliyetlerini gerçekleştirebilmeleri için gereklidir. Bazı organizmalar kendi enerjilerini üretirken bazıları da diğer organizmalar aracılığıyla enerjiyi paylaşır. Kendi enerjisini üreten organizmalar güneş enerjisini kullanarak da fotosentez yapabilirler ve doğada kimyasal bileşime sahip kimyasal enerji kullanan canlılar da vardır. Fotosentez, onlara odaklandığı için kaynak bulmak daha kolay olsa da, kimyasal bileşim de çok önemli bir konudur. Lise biyolojisinin temel konularından biri olan kimyasal yapı, biyoloji bilimlerine ilgi duyan herkesin öğrenmesi gereken temel bir konudur.
Kimyasal sentez temel olarak karbon bileşiklerinin ve diğer moleküllerin organik bileşiklere dönüştürülmesine verilen isimdir. Bu biyokimyasal reaksiyonda metan, hidrojen sülfit veya hidrojen gazı gibi inorganik bir bileşik enerji kaynağı olarak kullanılmak üzere oksitlenir. Buna karşılık, fotosentez için enerji kaynağı (karbondioksit ve suyun glikoz ve oksijene dönüştürüldüğü reaksiyon grubu) kendi iç enerjisini üretmek için güneş ışığından gelen enerjiyi kullanır.
Mikroorganizmaların inorganik bileşikler üzerinde yaşayabileceği fikri, 1890 yılında Sergei Nikolayevich Vinogradsky (Vinogradsky) tarafından nitrojen, demir veya kükürtten oluşan bakteriler üzerinde yapılan araştırmalara dayanarak ortaya atılmıştır. Bu hipotez öne sürüldükten sonra, 1977’de deniz dalgıçlarının iki bin Galapagos yumru kurdu ve diğer yaşamı incelediğinde doğrulandı. Hipotez çok erken ortaya atılsa da, olayı incelemenin zorluğu nedeniyle kanıtlanması uzun zaman aldı. Harvard öğrencisi Colin Cavanaugh’un fikirlerine dayanan araştırmacılar, tüp solucanlarının kimyasal olarak tasarlanmış bakterilerle bağ kurarak hayatta kaldıklarını gösterdiler. Bu keşfin bir sonucu olarak, kemosentezin resmi keşfi Kavanaugh’a atanır.
Elektron donörlerini oksitleyerek enerji elde eden organizmalara kemotroflar denir. Moleküller organik ise, organizmalara kemoorganotroflar denir. Moleküller inorganik ise, organizmalar kemokinlerdir. Aksine, güneş enerjisi kullanan organizmalara fototroflar denir.
Kimyasal besinler enerjilerini kimyasal reaksiyonlardan alırlar ve karbondioksitten organik bileşikler yaparlar. Kimyasal sentez için enerji kaynağı elementel kükürt, hidrojen sülfit, hidrojen molekülü, amonyak, manganez veya demir olabilir. Besleme kimyasallarının örnekleri arasında derin su bakterileri ve metanojenik arkeler bulunur. “Kemosentez” kelimesi ilk olarak 1897’de Wilhelm Pfeffer tarafından inorganik moleküllerin ototrofi (kemosentez) ile oksidasyonu yoluyla enerji üretimini tanımlamak için icat edildi. Modern tanım içinde kemosentez, kimyasal besleme yoluyla enerji üretimini de tanımlar. Kimyasal sentez, organik bileşikler oluşturmak için karbon kullanır. Karbon yerine kükürt gibi inorganik enerji kaynakları veya protein, karbonhidrat ve yağ gibi organik enerji kaynakları kullanılabilir.
Kemosentez nerede gerçekleşir?
Kemosentezin hidrotermal alanlarda, izole mağaralarda, metan klatratlarda, balina şelalelerinde ve soğuk su akıntılarının olduğu alanlarda gerçekleştiği bilinmektedir. Hatta bu sonuçların ardından uzayda, özellikle Mars’ta canlıların yaşama olasılığı fikri yüksek sesle dile getirilmeye başlandı. Sanılanın aksine, bazı fotosentetik organizmalar kemosentez yapabilirler. Ancak bir organizma genellikle fotosentez yapabiliyorsa onu tercih eder. Ancak yeterli güneş ışığının olmadığı durumlarda bazı organizmaların enerji ihtiyacının kemosentez yoluyla karşılandığı da bilinmektedir.
Ksentez reaksiyonu
Bakteri ve arkelere ek olarak, bazı büyük organizmalar da kemosentez yoluyla enerji üretir. Bu konudaki en büyük örnek, derin hidrotermal hava kanallarını çevreleyen gruplar halinde yaşamayı seven dev yumru kurdudur. Her solucan, tropozom adı verilen organında kemo-sentetik bir bakteri barındırır. Bu sayede solucan, yaşamı için ihtiyaç duyduğu enerjiyi kimyasal sentez yardımıyla kullanabilir.
Bakteriler, hayvanın ihtiyaç duyduğu enerjiyi üretmek için solucanın çevresinden kükürdü okside eder. İşte bir enerji kaynağı olarak hidrojen sülfit kullanan bir kimyasal sentez reaksiyonu örneği:
12, H2S + 6 CO2 → C6 H12 O6 + 6H2O + 12S
Bu reaksiyon aslında fotosentez yoluyla karbonhidrat üretme reaksiyonuna çok benzer, ancak fotosentez oksijen gazı salarken kemosentez kükürt gazı salar. Reaksiyonu gerçekleştiren bakterilerin sitoplazmalarında mikroskop altında sarı kükürt taneleri görülebilir.
2013 yılında, okyanus tabanı çökeltilerinin altındaki bazaltlarda yaşayan bakterilerle başka bir kemosentez örneği keşfedildi. Bu bakteriler, hidrotermal ortamla ilişkili olmadığında çok dikkat çekmiştir. Bakterilerin deniz suyundaki indirgeyici minerallerden hidrojen kullandıkları doğrulanmıştır. Bakteriler metan üretmek için hidrojen ve karbondioksit ile reaksiyona girebilir.
Moleküler nanoteknolojide kimyasal sentez
“Kemosentez” terimi çoğunlukla biyolojik sistemlere uygulanırken, daha genel olarak reaktanların rastgele termal hareketi ile meydana gelen herhangi bir kemosentez biçimini tanımlamak için de kullanılabilir. Etkileşimlerini kontrol etmek için moleküllerin mekanik manipülasyonuna bile “mekanik yapılandırma” denir. Hem kemosentez hem de mekanojenez, organik moleküller dahil olmak üzere yeni moleküller ve karmaşık bileşikler oluşturma yeteneğine sahiptir.
kaynak:
Campbell NA EA (2008) Biyoloji 8. baskı. Pearson Uluslararası Sürümü, San Francisco.
Kelly, DP ve Wood, AP (2006). Prokaryot kemotrofisi. İçinde: Prokaryotlar (s. 441-456). Springer New York.
Schlegel, HG (1975). Kimyasal ototrofik mekanizmalar. İçinde: Deniz Ekolojisi, cilt. 2, Kısım I (O. Kinne, ed.), s. 9-60.
Sumero, GN. Hidrojen sülfitin simbiyotik kullanımı. Fizyoloji (2), 3-6, 1987.
yazar: Efi Kuma Yavuzoy
Diğer gönderilerimize göz at
[wpcin-random-posts]