Enerji Dönüşümü

Enerji Dönüşümü
Bazı makineler için enerji dönüşümleri aşağıda verilmektedir.

Soru: Günlük yaşamımızda kullandığımız mikser, ütü, saç kurutma makinesi vb. araçların çalışırken hangi enerji dönüşümünü sağladığını araştırınız.

Mikser: Elektrik enerjisini hareket (dönme hareketi) enerjisine dönüştürür.

Ütü: Elektrik enerjisini ısı enerjisine dönüştürür.

Saç kurutma makinesi: Elektrik enerjisini hareket enerjisine (pervanenin dönmesi) ve ısı enerjisine dönüştürür.

Su ısıtıcısı: Elektrik enerjisini ısı enerjisine dönüştürür.

Buzdolabı: Elektrik Enerjisini hareket enerjisine (pompa) ve ısı enerjisine (soğutma) dönüştürür.

Klasik Çalar Saat: Potansiyel enerjiyi (kurulmuş saat yayı) hareket enerjiye dönüştürür.

Rüzgar Gülü: Rüzgar enerjisini elektrik enerjisine dönüştürür.

Enerji Dönüşümleri

Enerji Dönüşümleri
Basit Makineler ile çeşitli enerji dünüşümleri gerçekleştirilmektedir. Aşağıda biyolojik enerji dünüşümleri açıklanmaktadır.

Enerji Dönüşümleri

Metabolizma:hücrede gerçekleşen biyokimyasal reaksiyonların tümüdür.

A-Anabolizma:Dış ortamdan alınan veya hücredeki reaksiyonlar sonucu oluşan basit moleküllerden hücrenin ihtiyaç duyduğu kompleks veya diğer moleküllerin sentezlenmesidir.Protein,RNA,Fotosentez,Kemosentez vb.

B-Katabolizma:Dış ortamdan alınan veya hücrede daha önce üretilip işlevlerini kaybetmiş kompleks moleküllerin enerji üretimi veya yapıtaşı üretimi için daha basit moleküllere parçalanmasıdır.Hücre içi ve dışı sindirim,O2 li ve O2 siz solunum

ATP(Adenozintrifosfat):

Yapısı:

1-Adenin nucleotid 2-Riboz 3- 3(Üç) fosforik asit

Özellikleri:

1-Yapısında iki yüksek enerjili fosfat bağları bulunur

2-Canlının tüm yaşamsal olaylarında kullandığı enerji kaynağıdır

3-Kolayca başka enerji formlarına dönüştürülebilir.(Elektrik,ısı,kimyasal bağ ,osmotik,ışık vb.)

4-Bütün reaksiyonlara katılabilir

5-Her hücre kendi ATP sini kendi sentezler

6-Hücrede sitoplazma,mitokondri ve kloroplastlarda sentezlenir

7-Hücre yaşamsal olaylarında sitoplazmada veya mitokondride üretilen ATP kullanılır

8-Kloroplastlarda sentezlenen ATP organik madde sentezi ve kloroplastlardaki diğer yaşamsal olaylarda kullanılır

9-Yüksek enerjili son fosfat bağının kopması ile ortama 7300 cal enerji verilir.

Hücrelerde ADP nin sistemden enerji alarak kendine bir fosforik asit bağlayıp ATP haline gelmesine fosforilasyon denir.

Enerji

ADP+P -------------- ATP

(Fosforilasyon)

Fosforilasyonda kullanılan enerji kaynağına göre 4 (Dört) tip fosforilasyon vardır.

1-Sübstrat düzeyde fosforilasyon:

a-Bütün canlılarda görülür

b-Sitoplazmik solunum enzimleri kullanılarak organik maddelerin yapısında bulunan bağ enerjisinin ATP enerjisi haline dönüşmesidir

2-Oksidatif-fosforilasyon:

a-Oksijenli solunum enzimi bulunduran canlılarda gerçekleşir

b-Organik maddeler oksijenli solunum enzimleri ile inorganik yapılara dönüştürülürken açığa çıkan H lerin O2 ye aktarılırken gerçekleşir

c- e.t.s. görev alır

3-Foto-fosforilasyon

a-Klorofil taşıyan canlılarda gerçekleşir.

b-Klorofil ve e.t.s etkisi ile güneş ışık enerjisinin dönüşümü ile gerçekleşir

c-Enzim görev almaz

4-Kemosentetik-fosforilasyon:

a-Oksidasyon enzimi taşıyan bakterilerce gerçekleştirilir

b-İnorganik maddelerin (H,Fe,N,NH3 vb.) oksidasyon enzimleri ile oksitlenmesi ile açığa çıkan kimyasal enerji ile gerçekleşir

Bütün canlılar güneşin ışık enerjisini kullanırlar.Işık enerjisinin canlıların kullanabileceği enerji formuna dönüşmesinde fotosentez ve solunum mekanizmaları rol alır.

Fotosentez Solunum

Işık -------ATP-------- Glikoz --------- ATP ------------- ( Biyolojik iş)

Biyolojik iş:

Isı,elektrik,osmotik basınç,kimyasal bağ,ışık, mekanik,aktif taşıma vb.

OKSİJEN VE HAYAT

Not: Fotosentezden önce (ozon oluşmadan) organik madde sentezi için gerekli enerji u.v , şimşek , yıldırımlarla gerçekleşirken , fotosentezde madde sentezi için gerekli enerji güneşin görünür ışınları (450-760n.m) ile gerçekleşir .Ozon bu ışınların geçişine engel değildir.

Not: Bugün yaşayan bütün canlılar (Kemosentetik ler hariç) ihtiyaç duydukları organik besini ve oksijeni fotosentezden karşılarlar.

O2 nin önemi:

A-Ozon oluşumunu sağlar.

B-Oksidatiffosforilasyonla yüksek ATP üretimi sağlar.

Not:Oksijen aynı zamanda öldürücü olabilir. Obligat-anaerop bakteriler buna örnektir. Atmosferde O2 oranının artması solunumu engeller. Canlılar O2 nin bu olumsuz etkilerinden sahip oldukları enzimlerle korunur.

Ozon oluşumu fotosentezle başlamıştır.

Enerji

O2--------- O+O (Stratosferde) Oluşan O daha yükseklere çıkarak O2 ile birleşir ve ozon (200 n.m Küçük güneş ışınları)oluşur.

Enerji(200-300 n.m)

O+O2--------- O3 + Enerji -------------- Azotlu bileşikler.

(Ozon)

Ozonun önemi:

A-Zararlı U.V ışınları tutarak karasal yaşamın başlamasına nede olmuştur. Buda canlıların sayı ve çeşitliliklerinde artmaya neden olmuştur.

B-İlkel atmosferde organik madde sentezi bitmiş ve canlılar için organik madde sentez biçimi olarak fotosentez önem kazanmıştır.

Oksijenli solunum ve solunum kat sayısı:

O2 li solunumda organik moleküldeki (C6H12O6) C ve H ler koparılır. Karbon molekülden CO2 olarak ayrılırken , H ler dışarıdan alınan O2 ile birleşerek H2O olarak ayrılır. Bu nedenle glikoz yıkımında CO2 in ayrılımında izlediği yola karbon yolu, su ve ATP oluşumum ile sonuçlanan H ayrılışınada H yolu denir. Oksijenli solunumda e.t.s H yolunda görev alır.

Solunum tipleri:

A-Oksijensiz solunum (Fermantasyon.)

1-Gerçek fermantasyon:

Enzim

C6H12O6 -------------2C2H5OH + CO2 + 2ATP

Glikoz Etil alkol

2-Oksidatif fermantasyon:

Enzim

C2H5OH + O2 ---------------CH3COOH + H2O+ ATP

Etil alkol Asetik asit

B-Oksijenli solunum:

Enzim + ets

C6H12O6 + 6O2 --------------------6CO2 + 6H2O + 38 ATP

Glikoz

O2 siz SOLUNUM:

1-Bazı bakteri ve mayalarda temel enerji üretim biçimi olmakla beraber, Bitki ve bazı hayvanlarında özel durumlarda başvurduğu enerji üretim biçimidir.

2-Glikoliz ve fermantasyon olmak üzere iki evrede gerçekleşir.

3-Glikolizde temel amaç enerji üretimidir. Fermantasyonda ise temel amaç glikoliz sonucu oluşan artık ürünlerin hücreye zarar vermesinin önlenmesidir.

4-Glikoliz bütün canlılarda ortaktır.Fermantasyon ise canlının kullandığı enzime göre oluşum biçiminde ve son ürünlerde farklılıklar görülür.

5-Fermantasyon son ürüne göre adlandırılır;Alkolik,Laktik asit,Asetik asit vb.

6-Fermantasyonda O2 kullanılmaz ancak asetik asit fermantasyonunda O2 kullanılır.

Oksijensiz solunumun evreleri:

A-Glikoliz (Oksijensiz ve oksijenli solunum)

Bütün solunum tipleri glikolizle başlar. Glikoliz bağımsız metabolizmaya sahip bütün hücrelerde görülen bir reaksiyondur. Genel özellikleri:

1-Sitoplazmada gerçekleşir. (Mitokondri ye ihtiyaç yoktur.)

2-Enzimatik reaksiyonlar dizisidir.

3-Bir mol glikozun reaksiyona girmesi için ; İki mol ATP (Aktivasyon enerjisi için) harcanır.

4-Bir mol glikozdan ;

a) İki mol piruvat

b) Dört mol ATP

c) İki mol NADH2 , açığa çıkar.

5-O2 li ve O2 siz solunumların ortak özellikleridir.

6-Temel amaç enerji üretimidir.

B-Fermantasyon

1-Sitoplazmada gerçekleşir

2-Enzimatik reaksiyonlardır

3-Temel amaç glikolizde açığa çıkan son ürünlerin hücreye zarar vermesini önlemektir

4-Kullanılan enzime göre son ürünler değişir

5-Son ürüne göre adlandırılması yapılır

6-Bakteri ,mantar ve omurgalılarda çoğunlukla çizgili kaslarda görülür

Fermantasyon için gerekli koşullar:

1-Uygun ısı

2-Gerekli enzimler

3-Organik madde(Glikoz vb.)

4-Biyokimyasal ortam (Sitoplazma)

Fermantasyonda açığa çıkanlar:

1-Son ürün (Alkol,Aseton vb.) 2-ATP 3-CO2 4-Isı

Oksijenli solunum:

Oksijenli solunum üç kademede gerçekleşir.

1-Glikoliz: (Sitoplazmada gerçekleşir)

Enzim

Glikoz ------------ 2Piruvat + 2ATP+ 2NADPH2

2-Kreps döngüsü: (Mitokondri matriksinde)

Enzim

Piruvat ------------ 3CO2 + 4NADH2 +1FADH2 + ATP (Bir pürivat için)

3-Oksidatiffosforilasyon: (Mitokondri krista zarlarında)

e.t.s

NADPH2 + 1/2 O2 ---------------- H2O + NAD+ 3 ÂTP

e.t.s

FADH2 +1/2 O2 ------------------ H2O + FAD + 2 ATP

Glikoliz:

Oksijensiz solunumdaki glikolizle aynı temel özellikler gösterir.

Kreps döngüsü:

Özellikleri

1-Eukaryotlarda mitokondride , prokaryotlarda sitoplazmada mesezom denen zar kıvrımlarında gerçekleşir

2-Pirüvatla başlar

3-Mitokondriye geçen her piruvata karşılık 3 CO2 , (substrat düzeyde) 1 ATP, 1 FADH2 ve 4 NADH2 oluşur.

4-Enzimatik reaksiyonlardır

5-Isı,PH,aktivatör ve inhibitörlerden etkilenir.

6-O2 varlığında gerçekleşen reaksiyonlardır.

7-Diğer organik moleküllerin solunum reaksiyonuna katıldığı evredir.

Oksidatif fosforilasyon:

özellikleri

1-Mitokondri zarları (Bakterilerde mesezom denen zar kıvrımlarında gerçekleşir

2-Piruvat tan ayrılan H lerin O2 ye aktarımıdır

3-NAD,FAD,CoQ,Sitokromlar ve O2 görev alır

4-NAD+ ile taşınan her 2H çiftine karşılık e.t.s de 3 ATP sentezlenir

5-FAD+ ile taşınan her 2H çiftine karşılık e.t.s de 2 ATP sentezlenir

6-1 Glikozun yıkımından e.t.s üzerinden toplam 34 ATP sentezlenir

7-1 Glikoz için e.t.s de O2 ye aktarılan H lerden 24 H2O üretilir

Solunumda enerji üretim aşamaları

Solunum aşamaları ilişkileri

Değişik organik moleküllerde oksijen kullanımı ve enerji üretimi durumu

CO2

Solunum kat sayısı: R.Q=---------- Sonuç kullanılan maddeye göre değişir.

O2

CO2

Karbonhidratlarda RQ =---------- =1 olur.

O2

6CO2

Örnek: Glikoz (C6H12O6) için: RQ=------------ = 1

6O2

CO2

Yağlarda RQ = ----------- = X X > 1 çıkar,.buda daha fazla oksijen tüketmek demektir

O2

Yağlarda oksijen oranı az olduğu için solunumda yağların yıkımı için çok O2 kullanılır ve diğer organik maddelere oranla daha fazla ATP üretilir.

36 CO2

Örnek: Oleik asit (2C18H34O2) + 51 O2 =-----------= 0,7

51 O2

CO2

Alkol vb maddelerde RQ=--------- = X X<1>

O2

4CO2 4

Örnek: C4H4O8 + O2 =--------------= --------= 4

O2 1

Solunum hızına etki eden faktörler:

1- Isı 2 - O2 yoğunluğu 3- PH 4 -CO2 miktarı 5-Ket vurucular (Zehirler) 6 - Uyaranlar.

Solunum hızı: Bitkilerde ; farklı organ ve dokularda solunum hızları farklıdır. Bitkisel organlarda solunum hızı şu şekilde sıralanır: Yaprak – Kök – Gövde. Doku olarak en hızlı solunum kambiyumda görülür.

Bitkilerde solunum hızını artıran faktörler.

1-Köklenme

2-Yaralanma

3-Tohum ıslanması

4-Tomurcuklanma

Oksijenli ve oksijensiz solunumun ortak özellikleri:

1-Glikoliz evresi ile başlamaları

2-Glikozun aktivasyonu için ATP kullanılması

3-Reaksiyonlar sonunda ATP sentezlenmesi

4-Isının açığa cıkması

5-CO2 nin açığa çıkması (Laktik asit fermantasyonu hariç)

6-Substrat düzeyde fosforilasyonun gerçekleşmesi

7-Enzim kullanılır

Oksijenli solunumu Oksijensiz solunumdan ayıran farklar:

1- O2 kullanılması

2- H2O nun açığa çıkması

3- e.t.s nin görev alması

4- Oksidatif fosforilasyonun gerçekleşmesi

5- Glikozun CO2 ve H2O ya kadar parçalanması

6-Yüksek ATP üretimi (Bir glikozdan 38 ATP)

Deney:1

Işıklı ortamda bitkiler dış ortamdan aldıkları CO2 ve H2O ile besin sentezlerken dış ortama verdikleri O2 ile diğer canlıların yaşamlarını devam ettirmelerini sağlar.

Deney:2

Fotosentez için CO2 gereklidir. BaOH sisteme giren havadaki CO32 nin emilimini sağlayarak bitkiye CO2 ulaşımını engeller. Kurbağanın bulunduğu ortamdaki KOH ise kurbağa solunumunda oluşan CO2 nin tutulmasını sağlayarak Ortamdaki CO2 yok olmasına neden olur. Böylece bitkinin fotosentez yapması önlenir.Bir süre sonra O2 oluşmadığı için hem bitki hemde hayvan ölür

Şekil:3

Canlılar solunum olayında CO2 açığa çıkarırlar. Ortamda bulunan CO2 akseptörü olan KOH solunumla ortaya çıkan CO2 yi tutarak ortamda basınç azalmasına neden olur. Böylece cıva sistem içine doğru hareket eder.

Deney:4

Düzenekteki fenol kırmızısı b,ir süre sonra sarı renge dönüşmesinin nedeni solunum olayı ile canlıların dış ortama CO2 vermeleridir. CO2 ayracı olan Fenol kırmızısı CO2 ile karşılaştığında sarı renk alır.

Deney:5

Şekildeki düzenekte KOH dış ortamdan alınan havadaki CO2 yi tutarak sisteme girişini engeller ve ışık olmasına rağmen sadece sistemdeki CO2 oranında fotosentez yapılır. Sistemde basınç azaldığı için Civa ok yönünde hareket eder.

Deney:6

Çimlenen tohumlar solunum yaparlar.Sistemde BaOH dış ortamdan sisteme giren CO2 yi tutar.Böylece tohumların bulunduğu kaba asla CO2 ulaşamaz. Ancak CaOH ın bulanması tohumların solunum sonucu ürettikleri CO2 den kaynaklanır.

Deney:7

Çimlenen tohumlar ortamdaki O2 yi azaltırlar ve ortamın basıncı azalır ve civa ok yönünde harake eder.

Deney:8

Hazırlanan sistemde Cıvanın hareketi şöyle gerçekleşir: Keten tohumunun olduğu kapta cıva tüpe doğru ,Yoncadaki cıva Dışa doğru Bezelyedeki cıva ise hareket etmez.Nedeni: Keten solunumda yağ asitleri kullanır ve daha fazla O2 harcadığı için cıva içe hareket eder. Yonca Amino asitleri kullandığı için cok az O2 harcar buna karşılık fazla CO2 üretir ve cıva dışa hareket eder. Bezelye Karbonhidrat kullandığı için harcanan O2 kadar sisteme CO2 verildiği için cıva hareket etmez.

Deney::9

Hazırlanan fermantasyon (Oksijensiz solunum) düzeneğinde BaOH bir süre sonra buılanır .Bu durum Bira mayasının fermentasyonla CO2 oluşturduğunu kanıtlar

Deney:10

Oksijensiz ortamda bulunan bira mayalarının gerçekleştirdiği fermantasyon sonucu ortam ısısı yükselir

Oksijenli solunumun karşılaştırılması

A-Fotosenteze özgü özellikler

1-Klorofile ihtiyaç duyulması

2-Işıkta gerçekleşmesi

3-Organik madde sentezlenmesi

4-CO2 ve H2O tüketilmesi

5-Ağırlık artışı olması

6-Endotermik olması

7-Işık enerjisini ATP ve Kimyasal bağ enerjisine çevirmesi

B-Oksijenli solunuma özgü özellikler

1- Oksijenli solunum enzimlerine (Mitokondri) ihtiyaç duyması

2- Besin ve O2 nin tüketilmesi

3-CO2 ve H2O nun açığa çıkması

4-Ağırlık azalması olması

5-Ekzotermik olması

6-Kimyasal bağ enerjisini ATP enerjisi haline çevirmesi

C-Fotosentez ve O2 li solunumun ortak özellikleri

1-Enzim kullanılması

2- e.t.s kullanılması

a-Solunumda: NAD-FAD-sitokrom

b-Fotosentezde:NADP-ferrodoksin-plastokinon-sitokrom

3-Isının açığa çıkması

4-ATP üretilmesi

Yukarıdaki dökümana word dökümanı olarak buradan erişebilirsiniz.