Kemosentez Nedir?

Canlıların hayatlarını sürdürebilmeleri ve hayatsal faaliyetlerini gerçekleştirebilmeleri için şüphesiz enerjiye ihtiyaç duyulmaktadır. Kimi canlılar kendi enerjilerini kendileri üretirken kimileri ise başka canlılar üzerinden enerjiye ortak olmaktadır. Kendi enerjilerini üreten canlılar da güneş enerjisini kullanarak fotosentez yapabilecekleri gibi kemosentez ile kimyasal enerjiyi kullanan canlı formları da doğada mevcuttur. Fotosentez daha çok üzerine durulduğundan kaynak bulma konusunda daha kolay olsa da kemosentez de çok önemli bir konudur. Özellikle lise biyolojisinin temel konularından olan kemosentez biyolojik bilimlere ilgi duyan herkesin öğrenmesi gereken temel bir konudur.

Kemosentez temel olarak, karbon bileşiklerinin ve diğer moleküllerin organik bileşiklere dönüşmesi olayına 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 tepkime kümesi) güneş ışığındaki enerjiyi kullanarak iç enerjisini üretir.

Mikroorganizmaların inorganik bileşikler üzerinde yaşayabileceği düşüncesi, azot, demir veya sülfürden oluşan bakteriler üzerinde yapılan araştırmalara dayanarak, 1890 yılında Sergei Nikolaevich Vinogradnsii (Winogradsky) tarafından ortaya konmuştur. Bu hipotez ortaya atıldıktan sonra, deniz dalgıçları Alvin, Galapagos tüp solucanlarını ve diğer yaşamları incelediğinde 1977’de doğrulanmıştır. Hipotezin bu kadar erken ortaya atılmasına karşın incelemesinin zorluğu dolayısıyla olayın kanıtlanması çok uzun sürmüştür. Harvard öğrencisi olan Colleen Cavanaugh’un düşüncesinden yola çıkan araştırmacılar tüp solucanlarının kemosentetik bakterilerle olan ilişkileri nedeniyle hayatta kaldığını kanıtlamış oldu. Bu keşifin sonucunda ise kemosentezin resmi keşfi Cavanaugh’a ithaf edilmiş oldu.

Elektron vericilerin oksidasyonu ile enerji elde eden organizmalara kemotrof denir . Moleküller organik ise, organizmalara kemoorganotroflar denir. Moleküller inorganik ise, organizmalar kemolithotroflardır. Buna karşılık, güneş enerjisini kullanan organizmalara fototroflar denir.

Kemoototroflar enerjilerini kimyasal reaksiyonlardan alırlar ve organik bileşikleri karbon dioksitten sentezlerler. Kemosentez için enerji kaynağı sülfür elementi, hidrojen sülfür, hidrojen molekülü, amonyak, manganez veya demir olabilir. Kemoototrofların örnekleri arasında derin sularda yaşayan bakteriler ve metanojenik arkealar bulunmaktadır. “Kemosentez” kelimesi aslen 1897 yılında Wilhelm Pfeffer tarafından, inorganik moleküllerin ototroflar (kemoliyatoototrofi) ile oksidasyonuyla enerji üretimini tanımlamak için yapılmıştır. Modern tanım kapsamında, kemosentez aynı zamanda kemoganoatorotrofi yoluyla enerji üretimini de tanımlamaktadır. Kemosentez, organik bileşikleri oluşturmak için karbonu kullanır. Karbon yerine, kükürt gibi inorganik enerji kaynakları veya proteinler, karbonhidratlar ve lipidler gibi organik enerji kaynakları da kullanılabilmektedir.

Kemosentez Nerede Oluşur?

Hidrotermal bölgelerde, çevreden izole mağaralarda, metan klatratlarında, balina şelalesi ve soğuk su akıntıları bulunan bölgelerde kemosentez yapıldığı bilinmektedir. Hatta bu bulgulardan sonra Marsın yüzeyi başta olmak üzere uzayda yaşayan canlıların olabileceği düşüncesi daha yüksek sesle söylenmeye başlanmıştır. Bilinenin aksine fotosentez yapan canlılardan bazıları aynı zamanda kemosentez de yapabilmektedirler. Ama canlı genelde fotosentez yapabiliyorsa onu tercih eder. Ancak yeterli güneş ışığı olmayan durumlarda bazı canlılarda enerji ihtiyacının kemosentezden karşılandığı da bilinmektedir.

Kemosentez Tepkimesi

Bakteriyel ve arkealara ek olarak, bazı daha büyük organizmalar da kemosentez ile enerji üretir. Bu konuda en büyük örnek, derin hidrotermal hava kanallarını çevreleyen, toplu halde yaşamayı seven dev tüp solucanıdır. Her solucan, troposome olarak adlandırılan organında kemosentetik bakterileri barındırır. Bu sayede solucan hayatı için gerekli enerjiyi kemosentez yardımıyla kullanabilir.

Bakteri, hayvanın ihtiyacı olan enerjiyi üretmek için solucan ortamından sülfür okside eder. Enerji kaynağı olarak hidrojen sülfit kullanılan bir kemosentez reaksiyonunun örneği aşağıda bulunmaktadır:

12, H2S + 6 CO2 → C6 H12 O6 + 6H2O + 12S

Bu reaksiyon aslında fotosentez yoluyla karbonhidrat üretme reaksiyonuna çok benzer, ancak fotosentez oksijen gazı açığa çıkartırken, kemosentez sülfür gazının salınmasına neden olur. Sarı sülfür granülleri mikroskop altında reaksiyonu gerçekleştiren bakterilerin sitoplazmasında görünebilmektedir.

2013 yılında, okyanus tabanının çökeltisinin altında bazaltta yaşayan bakterilerin bulunduğu bir başka kemosentez örneği de keşfedilmiştir. Bu bakteriler, bir hidrotermal ortam ile bağlantılı olmadığında nçok dikkat çekmişlerdir. Bakterilerin, deniz suyundaki minerallerin indirgenmesinden hidrojeni kullandıkları üzerinde durulmuştur. Bakteriler, metan üretmek için hidrojen ve karbondioksit ile tepkime gerçekleştirebilmektedir.

Moleküler Nanoteknolojide Kemosentez

“Kemosentez” terimi çoğunlukla biyolojik sistemlere uygulanırken, daha genel olarak reaktiflerin rastgele termal hareketi ile ortaya çıkan herhangi bir kimyasal sentez formunu tarif etmek için de kullanılabilir . Ve hatta, moleküllerin reaksiyonlarını kontrol etmek için mekanik manipülasyonuna “mekanosentez” denmektedir. Hem kemosentez hem mekanosentez, yeni moleküller ve organik moleküller de dahil olmak üzere karmaşık bileşikler oluşturma potansiyeline sahiptir.

Kaynakça:
Campbell N.A. e.a. (2008) Biology 8. ed. Pearson International Edition, San Francisco.
Kelly, D. P., & Wood, A. P. (2006). The chemolithotrophic prokaryotes. In: The prokaryotes (pp. 441-456). Springer New York.
Schlegel, H.G. (1975). Mechanisms of chemo-autotrophy. In: Marine ecology, Vol. 2, Part I (O. Kinne, ed.), pp. 9-60.
Somero, G.N. Symbiotic Exploitation of Hydrogen Sulfide. Physiology (2), 3-6, 1987.

Yazar: Efe Cuma Yavuzsoy

Yorum Yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir

This div height required for enabling the sticky sidebar
Ad Clicks : Ad Views : Ad Clicks : Ad Views : Ad Clicks : Ad Views : Ad Clicks : Ad Views : Ad Clicks : Ad Views : Ad Clicks : Ad Views :