Canlıların Temel Bileşenleri: Organik ve İnorganik Maddeler

Konu Anlatımı

Bu derste ne öğreneceğiz?

Bu derste Canlıların Temel Bileşenleri: Organik ve İnorganik Maddeler konusunu yapı ve görev mantığıyla ele alacağız. Canlıda neden bu şekilde kurgulandığını sormak, ezberi kalıcı kılar.

Dersten sonra şunları yapabiliyor olmanız gerekiyor:

• Kazanım 1: Organik ve inorganik maddeleri ayırt eder ve örnekler verir.
• Kazanım 2: Suyun canlılar için taşıdığı görevleri açıklar.
• Kazanım 3: Mineral tuzların ve karbonhidratların işlevlerini karşılaştırır.
• Kazanım 4: Lipitlerin, proteinlerin ve nükleik asitlerin yapılarını açıklar.
• Kazanım 5: Vitaminleri, enzimleri ve pH kavramını yaşamla ilişkilendirir.
• Kazanım 6: Bileşiklerle ilgili sayısal hesaplamaları yaparak yorumlar.

Ön bilgi: bundan önce gördüğümüz

Bu konu, Yaşam Bilimi: Biyoloji başlığında öğrendiklerimizin üzerine kurulur. Önceki konudaki kavram burada yeniden kullanılıyor; bu yüzden o adımı atlamamak önemlidir.

• Yaşam Bilimi: Biyoloji — bu derste kullandığımız temel kavram buradan geliyor.
• Biyolojinin Alt Dalları ve Bilimsel Yöntem — bu derste kullandığımız temel kavram buradan geliyor.

Canlıların Temel Bileşenleri Neden Önemlidir?

Canlıların vücudu, canlılık belirtilerini yerine getirebilmek için sayısız kimyasal bileşikten oluşur. Bu bileşikler organik ve inorganik maddeler olarak iki grupta incelenir. Canlının yapısına katılan maddelerin oranı türe, yaşa ve yapı bölümüne göre değişse de su her zaman en çok bulunan bileşendir.

Vücut kütlesinin büyük bölümünü su oluşturur. Kalan kısımda proteinler, lipitler, karbonhidratlar, nükleik asitler, mineral tuzlar ve vitaminler yer alır. Bu maddeler yapı oluşturma, enerji sağlama, faaliyetleri düzenleme ve atıkları uzaklaştırma gibi görevler üstlenir.

Elementler ve Organik-İnorganik Ayrımı

Canlıların vücut bileşiminde en çok bulunan elementler oksijen, karbon, hidrojen ve azotdur. Bu dört element birlikte canlı maddelerin büyük bölümünü oluşturur. Kalsiyum, fosfor, potasyum, demir, sodyum ve klor gibi elementler ise daha az miktarda bulunmasına rağmen belirli görevler için vazgeçilmezdir.

Organik maddeler karbon içerir ve canlıların yapısının temelini oluşturur. Başlıcaları karbonhidratlar, proteinler, lipitler ve nükleik asitlerdir. İnorganik maddeler ise karbon içermez; su, mineral tuzlar, oksijen ve karbondioksit bu grupta yer alır.

Karbon elementi neden bu kadar önemlidir? Karbon, dört kovalent bağ kurabilme özelliği sayesinde uzun zincirler, halkalar ve dallanmış yapılar oluşturabilir. Bu esneklik, canlıların karmaşık moleküllerinin temelini oluşturur.

Su: Canlıların En Önemli Bileşeni

Su, oranının yüksekliğinin yanında taşıdığı işlevlerle de yaşamı sürdürür.

• Çözücü olma: İyonları ve birçok molekülü çözerek hücre içi tepkimelerin gerçekleşmesini sağlar.
• Isı düzenleme: Yüksek özgül ısısı sayesinde vücut ısısının hızla değişmesini engeller.
• Maddenin taşınması: Kan, lenf ve idrarın temel bileşenidir.
• Katılık ve koruma: Bitki hücrelerinin içi dolduğunda hücreye destek sağlar.

Suyun bir diğer özelliği de erime ve buharlaşma sırasında ısı emmesidir. Bu nedenle terleme yoluyla vücut ısısı düşürülebilir. Karbonhidratlar, lipitler ve proteinler suda çözünmediği için su, bunların hücre içinde taşınmasını da kolaylaştırır.

Mineral Tuzlar

Mineral tuzlar inorganik maddeler grubundadır ve iyon hâlinde bulunur. Kemik ve dişlerin yapısına katılırlar, sinir ve kas faaliyetlerini düzenler, bazı enzimlerin çalışması için gereklidir.

Mineral tuzlar bitkilerin çoğu elementi topraktan alır. Hayvanlar ise besinleri aracılığıyla bunları karşılar. Bu nedenle çeşitli besinlerle beslenmek mineral eksikliğini önler.

Karbonhidratlar

Karbonhidratlar, yapılarındaki basitlik derecesine göre monosakkaritler, disakkaritler ve polisakkaritler olarak incelenir. Glikoz, fruktoz ve galaktoz monosakkarittir; sukroz, laktoz ve maltoz ise disakkarittir.

Nişasta, glikojen, selüloz ve kitin polisakkarit örnekleridir. Nişasta bitkilerde, glikojen hayvanlarda depo olarak kullanılır. Selüloz bitki hücre duvarının yapısına katılır ve hayvanlar tarafından sindirilemez. Kitin ise böceklerin dış iskeletinde ve mantar hücre duvarında bulunur.

Karbonhidratların temel görevi enerji sağlamaktır. Hücresel solunumda glikoz parçalanarak kullanılabilir enerji açığa çıkar. Depo karbonhidratları gerektiğinde parçalanarak enerjiye dönüştürülür.

Lipitler

Lipitler; trigliseritler, fosfolipitler ve steroidler olarak incelenir. Suda çözünmezler ve enerji depolama bakımından karbonhidratlardan daha yoğundurlar. Deri altında ve organların çevresinde yedek enerji olarak birikirler.

Fosfolipitler, hücre zarının iki tabakasında dizilerek zarın bütünlüğünü korur. Zar proteinleriyle birlikte hücrenin seçici geçirgenliğini oluşturur. Steroid yapılı moleküller ise hormonların yapısına katılır.

Proteinler

Proteinler, amino asit adı verilen yapı taşlarının peptit bağıyla birbirine bağlanmasıyla oluşur. Yapılarında yalnızca sınırlı sayıda amino asit çeşidi bulunur. Amino asitler dizilerek birincil yapıyı oluşturur; zincirin katlanması ve bazı parçaların halkalanmasıyla üçüncül ve dörtüncül yapılar ortaya çıkar.

Nükleik Asitler

DNA ve RNA, nükleotit adı verilen birimlerin dizilmesiyle oluşur. Nükleotit; fosfat grubu, beş karbonlu şeker ve azotlu organik baz olmak üzere üç bileşenden kurulur. DNA'da deoksiriboz şekeri ve timin bazı bulunur; RNA'da ise riboz şekeri ve timin yerine urasil bazı yer alır.

DNA, kalıtım bilgisini taşır. RNA ise protein sentezinin yönlendirilmesinde görev alır. Bazı virüsler kalıtım materyali olarak DNA yerine RNA taşır.

Vitaminler, Enzimler ve pH

Vitaminler, küçük miktarlarda bile olsa hücresel faaliyetleri düzenler. A, D, E ve K vitaminleri yağda çözünür; B grubu vitaminleri ile C vitamini suda çözünür. Vitaminler enerji vermez ve yapı maddesi oluşturmaz.

Enzimler, tepkimeleri hızlandıran biyolojik katalizörlerdir. Büyük çoğunluğu protein yapısındadır. Enzimler aktivasyon enerjisini düşürür, katalizden sonra kendisi değişmeden kalır. Çalışmaları sıcaklık ve pH düzeyine bağlıdır; uygun olmayan koşullarda yapıları bozulur.

pH ölçeği, bir çözeltinin asidik ya da bazik özellik gösterip göstermediğini belirtir. pH değeri 7 nötr kabul edilir; 7'den küçük değerler asidik, 7'den büyük değerler baziktir. İnsan kanının pH değeri yaklaşık 7,4 olup hafif bazik bir özellik gösterir. Bu denge homeostazi ile korunur.

Örnek Soru ve Çözümü

Soru: Bir DNA molekülünde toplam 300 nükleotit bulunduğu ve adenin sayısının 60 olduğu bilinmektedir. Buna göre sitozin sayısı kaçtır?

1. DNA'da adenin sayısı, timin sayısına eşittir.
2. Bu nedenle adenin ve timin toplamı hesaplanır.
3. Toplam nükleotit sayısından bu iki baz çıkarılır.
4. Kalan nükleotitler guanin ve sitozinden oluşur; bu iki bazın sayıları birbirine eşittir.
5. Kalan sayının yarısı alınarak sonuç bulunur.

Sık Yapılan Hatalar

• Organik ve inorganik ayrımının karbon varlığına bağlı olduğu unutulur; su ve mineral tuzlar karbon içermediği için inorganiktir.
• Vitaminlerin enerji verdiği düşünülür; oysa vitaminler yalnızca düzenleyici görev üstlenir.
• Enzimlerin tepkimenin enerji sonucunu değiştirdiği sanılır; enzimler yalnızca tepkimenin hızını değiştirir.
• Formüldeki sayıların hangi elemente ait olduğu karıştırılır; sıralama karbon, hidrojen ve oksijendir.

Özet

Canlıların temel bileşenleri organik ve inorganik maddeler olarak incelenir. Organik maddeler karbon içerir; karbonhidrat, protein, lipit ve nükleik asitlerden oluşur. İnorganik maddeler karbon içermez ve su en çok bulunan bileşendir. Karbonhidratlar enerji sağlar, lipitler enerji depolar ve hücre zarında görev alır, proteinler yapı ve enzim işlevi üstlenir. Nükleik asitler kalıtımı taşır, vitaminler düzenler, enzimler tepkimeleri hızlandırır.

Günlük hayattan bir uygulama

Konuyu pekiştirmek için günlük hayattan bir uygulamaya bakmak gerekir. Aşağıdaki görev, Canlıların Temel Bileşenleri: Organik ve İnorganik Maddeler bilgisini gerçek bir işin içinde kullandırmak için hazırlandı; çözerken hangi adımı nerede kullandığımızı not etmek faydalıdır.

Uygulama sorusu: Organik ve inorganik maddeleri karşılaştırarak ayırt edici ölçeği açıklayınız; her gruptan dört örnek vererek sınıflandırmanızı gerekçelendiriniz.

Bu görev için 10 puan dağıtılmıştır; puanlama anahtarı, cevabın hangi adımlarla gösterilmesi gerektiğini ayrıntılı biçimde söyler. Puanlamada işlem sırasının ve sonuç cümlenin ayrı ayrı sayıldığına dikkat et.

Dersi tekrar ederken bakacağınız notlar

• Organik-inorganik ayrımında önce «karbon var mı?» diye sor; bu tek soru çoğu soruyu çözer.
• Atom sayısı sorularında formüldeki sayıları sırasıyla karbon, hidrojen ve oksijen için kullan.
• Peptit bağı sorularında bağıntıyı hatırla: bağ sayısı, amino asit sayısından bir azdır.
• Enzim sorularında «hız» ile «enerji sonucu» ayrımına dikkat; enzim yalnızca hızı değiştirir.
• Polisakkaritleri karıştırma: nişasta bitkide, glikojen hayvanda depo; selüloz duvar, kitin mantar ve böcek.
• Vitamin sorularında yağda çözünenler A, D, E, K; suda çözünenler B grubu ve C vitamini olarak hatırlanır.

Adım adım çözülmüş örnekler

İki örnek üzerinde çalışacağız. İlk örnek kuralın temel kullanımını, ikinci örnek ise kuralın zorlayıcı bir durumunu gösterir. Adımları kendin yazmayı dene; ikinci adımda nerede durduğunu görmek, sınavda zaman kazanır.

Örnek 1: Organik mi İnorganik mı?

Soru: Verilen maddeleri organik ya da inorganik olarak sınıflandırınız: glikoz, su, mineral tuz, DNA, oksijen.

1. Adım 1: Sınıflandırmada ayırt edici ölçüt belirlenir.
2. Adım 2: Ayrırt edici ölçüt, maddenin karbon içerip içermediğidir.
3. Adım 3: Glikoz ve DNA karbon içerdiği için organik maddelerdir.
4. Adım 4: Su, mineral tuz ve oksijen karbon içermediği için inorganik maddelerdir.
5. Adım 5: Sonuç, listedeki maddelerin yarısının organik yarısının inorganik olduğudur.

Cevap: Glikoz ve DNA organik; su, mineral tuz ve oksijen inorganik maddedir. Ayırt edici ölçüt karbon varlığıdır.

Bu örnekte adım sayısını not edin: kural her zaman aynı sayıda işlemle değil, kazanılması gereken bilgiye göre çözülür.

Örnek 2: Peptit Bağı Hesabı

Soru: 150 amino asitten oluşan bir protein molekülünde kaç peptit bağı bulunur?

1. Adım 1: Peptit bağının iki amino asidi birbirine bağladığı hatırlanır.
2. Adım 2: Bir zincirde bağ sayısı, amino asit sayısından bir azdır.
3. Adım 3: Bu nedenle bağıntı kurulur: bağ sayısı eşittir amino asit sayısı eksi 1.
4. Adım 4: Hesap yapılır: 150 eksi 1 işlemi uygulanır.
5. Adım 5: Sonuç, zincirde 149 peptit bağı bulunduğudur.

Cevap: Bu proteinde 149 peptit bağı bulunur. Kural, tek bir peptit zincirinde bağ sayısının amino asit sayısından bir az olduğudur.

Kavram karşılaştırma tablosu

Bu derste geçen terimler birbirine yakın durur ve sınavda karıştırılır. Aşağıdaki tabloda her terimin anlamı ve sık karıştırılan karşılığı yan yana verilmiştir.

Kural, formül ve ölçü tablosu

Aşağıdaki tablo bu konudaki kuralları tek bakışta toplar. Karar verirken önce bu tabloya bakmak, kuralı hatırlamakta işe yarar.

Sık Yapılan Hatalar

Aşağıdaki hatalar bu konuda en sık görülenlerdir. Her biri için önce hatanın kendisi, sonra neden yanlış olduğu ve doğrusu anlatılmıştır.

• Su ve mineral tuzları organik madde saymak: Organik maddeler karbon içerir; su ve mineral tuzlar karbon içermediği için inorganik maddeler grubunda yer alır.
• Vitaminlerin enerji verdiğini düşünmek: Vitaminler yapı maddesi de enerji kaynağı da değildir; hücresel faaliyetleri düzenleyen ve düşük miktarlarda gereken maddelerdir.
• Enzimlerin enerji sonucunu değiştirdiğini sanmak: Enzimler aktivasyon enerjisini düşürür ve tepkimeyi hızlandırır, ancak tepkimenin enerji sonucunu ve denge durumunu değiştirmez.
• Nişasta ile glikojenin yerini karıştırmak: Nişasta bitkilerde, glikojen ise hayvanlarda depo karbonhidratı olarak birikir; selüloz ise yapı görevi görür.
• Peptit bağı sayısını amino asit sayısına eşit saymak: Tek bir peptit zincirinde bağ sayısı, amino asit sayısından bir azdır; bağıntı böyle kurulur.
• RNA'da timin bulunduğunu düşünmek: RNA'da timin yerine urasil bazı bulunur; DNA ise deoksiriboz şekeri ve timin ile karakterizedir.

Özet

Kısaca: Canlıların temel bileşenleri organik ve inorganik maddeler olarak incelenir.

Derste gördüğümüz ana fikirler şunlar:

• Vücut kütlesinin büyük bölümünü su oluşturur; su oranı yaşa, türe ve vücut bölümüne göre değişir.
• Organik maddelerin ayırt edici özelliği karbon içermeleridir; su ve mineral tuzlar karbon içermediği için inorganiktir.
• Karbon dört kovalent bağ kurabildiği için zincir, halka ve dallanmış yapılar oluşturabilir.
• Suyun yüksek özgül ısısı, az miktarda suyla bile büyük ısı değişimlerinin sınırlanmasını sağlar.
• Karbonhidratların temel görevi enerji sağlamaktır; selüloz ve kitin gibi bazıları yapı görevi üstlenir.
• Fosfolipitler hücre zarının iki tabakasında dizilerek zarın bütünlüğünü ve seçiciliğini sağlar.
• Proteinler yalnızca yapı maddesi değildir; enzim, taşıma, savunma ve hareket görevleri de üstlenir.
• DNA'da adenin sayısı timin sayısına, guanin sayısı sitozin sayısına eşittir.

Kendini dene

Aşağıdaki sorular konunun farklı yönlerini yoklar. Önce kendin çöz, sonra cevap anahtarına bak; eğer bir soruyu yanlış yaptıysan yukarıdaki ilgili bölüme geri dön.

1. Bir glikoz molekülünün toplam kaç atomdan oluştuğunu bulmak için hangi yol izlenir? (Şıklar: Karbon, hidrojen ve oksijen atom sayılarını toplamak · Yalnızca oksijen atomlarını saymak · Yalnızca hidrojen atomlarını saymak · Atomların büyüklüğünü ölçmek)
2. Canlıların vücut kütlesinin yaklaşık yüzde 60-70'ini oluşturan bileşen hangisidir? (Şıklar: Su · Protein · Lipit · Mineral tuz)
3. Canlıların temel bileşenleri hangi iki grupta incelenir? (Şıklar: Organik ve inorganik maddeler · Katı ve sıvı maddeler · Hızlı ve yavaş tepkime veren maddeler · Suda ve havada bulunan maddeler)

Cevap anahtarı: 1) Karbon, hidrojen ve oksijen atom sayılarını toplamak — Glikozun formülündeki sayılar sırasıyla karbon, hidrojen ve oksijen atomlarını belirtir. Bu üç sayının toplamı, molekülün toplam atom sayısını verir.

2) Su — Su, yetişkin bir insanın vücut kütlesinin büyük bölümünü oluşturur. Bu oran yaş ve vücut tipine göre değişebilir.

3) Organik ve inorganik maddeler — Canlıların yapısına katılan maddeler, karbon içeren organik maddeler ile karbon içermeyen inorganik maddeler olarak iki grupta incelenir.

İlgili konular

Bu konuyu öğrenmek şu başlıkları da kolaylaştırır. Aynı üniteden ve sonraki üniteden ikişer konu seçtik:

• Hücrenin Yapısı ve Organeller — sonraki ünitenin başlangıcı; konuyu genişletir.
• Hücre Zarından Madde Geçişi — sonraki ünitenin başlangıcı; konuyu genişletir.
• Hücrenin Organizasyonu — sonraki ünitenin başlangıcı; konuyu genişletir.
• Prokaryot ve Ökaryot Hücre, Hücre Zarı, Sitoplazma, Sitoplazmik Yapılar ve Organeller — sonraki ünitenin başlangıcı; konuyu genişletir.

Kaynak notu

Bu derste Canlıların Temel Bileşenleri: Organik ve İnorganik Maddeler konusu için kullanılan sayısal değerlerin tamamı adım adım gösterilerek hesaplandı; yaklaşık değer gereken yerde yaklaşık ifadesi açıkça yazıldı. Bu anlatım başka bir kitaptan cümle aktarmadan, konunun tanım ve kural düzeni yeniden yazılarak hazırlandı.

Ayrıca derste şu açık uçlu görevler yer alıyor; her biri puanlıdır ve kendi cevabını yazmanı ister:

• Organik ve inorganik maddeleri karşılaştırarak ayırt edici ölçeği açıklayınız; her gruptan dört örnek vererek sınıflandırmanızı gerekçelendiriniz. (10 puan)
• Suyun, mineral tuzların, karbonhidratların, lipitlerin, proteinlerin ve nükleik asitlerin canlıdaki görevlerini karşılaştırmalı bir tablo hâlinde açıklayınız. (20 puan)
• Yirmi amino asitli bir proteinde peptit bağı sayısını, üç yüz nükleotitlik ve elli adeninli bir DNA'da ise sitozin sayısını hesaplayınız; kullandığınız bağıntıları yazınız. (20 puan)

İleri Örnek

Daha ileri bir uygulama:

Soru: Aynı enzim, biri 40 dereceye diğeri 90 dereceye ısıtılmış iki ortamda kullanılmıştır. Gözlenen farkı yorumlayınız.

1. Adım 1: Deneyde yalnızca sıcaklığın değiştiği görülür.
2. Adım 2: Enzimler belirli bir sıcaklık aralığında etkin çalışır.
3. Adım 3: Yüksek sıcaklık, enzim üç boyutlu yapısını bozar.
4. Adım 4: Yapısı bozulan enzim substratla uyum kuramaz ve çalışamaz.
5. Adım 5: Bu nedenle yüksek sıcaklıktaki ortamda tepkime gözlenmez.

Sonuç/cevap: Düşük sıcaklıktaki enzim çalışırken yüksek sıcaklıktaki enzim, yapısı bozulduğu için faaliyet gösteremez. Enzimler ısıya duyarlı biyolojik katalizörlerdir.