METABOLİZMA FİZYOLOJİSİ
SU METABOLİZMASI:
•Bitkilerin organlarında farklılık göstermesine rağmen ortalama olarak yapılarının % 75 su ve % 25 kuru ağırlıktır. Bu kuru maddenin % 90’ ı organik % 10’ u ise inorganiktir.
•Susuz hayat olmaz sözü bitki için çok daha önemlidir. Çünkü bitkiler beslenme, iletim, enzim, hormon etkileri gibi tüm faaliyetler su ile mümkün olmaktadır.
•Su metabolizması ile, suyun topraktan alınımı, bitkide taşınımı, bitkideki etkileri ve bitkiden atılımı (transpirasyon) açıklanmaktadır.
•Su metabolizmasını kavrayabilmek ve öğretebilmek için su ile ilgili bazı temel fiziksel olayları iyi bilmek gerekmektedir.
•Bunlar: Difüzyon, osmoz, osmotik basınç, turgor basıncı, emme kuvveti, şişme ve su potansiyeli olarak sıralanabilir.
Diffüzyon (Yayılma):
•Maddelerin molekül, iyon veya gaz şeklinde bulundukları ortamda çok konsantre oldukları yerden az konsantre oldukları yere doğru homojen bir dağılım sağlayıncaya kadar hareket etmelerine diffüzyon denir.
•Katı, sıvı ve gaz her üç madde halinin uygun şartlarda diffüzyonu olabilir. Ancak her maddenin diffüzyonu söz konusu değildir. Ör: Nişastanın diffüzyon özelliği olmadığı için bitki hücrelerinde depolandığı halde, şekerin (glikoz) diffüzyon özelliği sayesinde hücreden hücreye taşındığı bilinmektedir. Nişastada glikoza dönüşerek taşınımı gerçekleşmektedir. Özellikle canlılar için çok önemli olan CO2 ve O2 gazlarının diffüzyon özellikleri sayesinde stomalardan girerek kloroplast ve mitokondrilere kadar ulaşırlar.
•Diffüzyon hızı moleküllerin kinetik enerjileriyle doğru, büyüklükleri ve ortam yoğunluğu ile ters orantılıdır.
•Sıcakta moleküllerin kinetik enerjileri artacağından diffüzyon hızları da artar. Küçük moleküller büyük moleküllere göre daha hızlı diffüze olurlar.
Diffüzyon tek bir ortamda içinde olabileceği gibi zarla ayrılmış iki ortam arasında da geçekleşebilir.
•Ör: Sınıfta herhangi bir yerde dökülecek kolonyanın her tarafa difüzyonu veya glikozun bir hücreden diğerine difüzyonu gibi.
•Hücre zarından difüzyonu gerçekleşen maddeler üzerinde zar seçicidir. Ör: Apolar (yağda çözünen) maddeler polar maddelerden daha kolay zardan geçerler. Polar maddeler özel proteinler veya porlar yoluyla ancak zardan geçerler.
Osmoz :
•Seçici geçirgen zar bulunan bir ortamda suyun, yoğun olduğu ortamdan daha az yoğun olduğu ortama geçmesine osmoz denir. Difüzyon olayının özel bir şeklidir. Yani suyun difüzyonudur. Difüzyon ile arasındaki fark arada yarı geçirgen bir zarın bulunması gereğidir.
•Bitki hücre ortamı osmoz olayının sürekliliği açısından uygundur. Çünkü hücrelerin ünit membran yapıları (hücre zarı, ER, vakuol, nukleus, plastit vs.) osmozun devamlılığını sağlamaktadır.
•Konsantrasyonu daha az olan eriyikteki suyun su potansiyeli, konsantrasyonu daha fazla olan eriyiğin su potansiyelinden daha yüksektir. (Su potansiyeli, suyun kimyasal potansiyelidir ve tepkime yada hareket için mevcut enerjinin bir ölçüsüdür.
•Su hareketi suyun potansiyeline bağlıdır. Çünkü suyun net hareketi daima daha yüksek potansiyelli bölgeden daha düşük potansiyelli bölgeye doğrudur. Su potansiyeli sembolü PSİ (Ψ) dır. Ölçü birimi cm2 başına atm yada bar veya din.)
A ve B bölgeleri arasında su potansiyeli Aok olarak ifade edilir. A Ψ = A Ψ – B Ψ başka bir ifadeyle A Ψ >+ ise yani A B den daha büyükse su A dan B’ ye hareket eder. Sonuç olarak su daha yüksek potansiyelden daha düşük potansiyelli bölgeye doğru hareket eder.
•Saf suyun potansiyeli sıfırdır. Herhangi bir eriyiğin su potansiyeli sıfırdan daha düşüktür (negatiftir).
Osmotik Basınç (OB):
•Her çözeltinin su ile temasa geçtiği zaman suyu emmesini sağlayan değer osmotik basınçtır. Osmotik değer, genel olarak potansiyel bir değerdir. Bu değer OB. İle ölçülür. Osmotik basınç çözeltinin konsantrasyonu ile doğru orantılı olarak değişen bir basınçtır.
•Hücrelerin ve organellerin öz suları sayesinde meydana gelen belirli bir osmotik basınç vardır. Bu basınç sayesinde hücre içinde organeller arasında, hücreler arasında ve kök hücreleri ile toprak arasında su geçişi meydana gelir.
•OB = m. R.T.i m = Çözeltinin molaritesi
• R = Gaz sabiti (0,082)
•OB birimi (Atm)’ dir. T = Mutlak sıcaklık (273o C
• İ = İyonlaşma sabiti (1,83)
Bir çözeltinin osmotik basıncı o çözeltinin konsantrasyonu ile doğru orantılıdır. Yani çözünen madde miktarı ne kadar fazlaysa o oranda OB yüksektir.
•İyonlaşmayan maddeden oluşan 1 mol çözeltinin 0 o C’ deki OB’ ı 22,4 Atm’ dir.
•OB yüksek olan çözeltilerin donma noktası düşüktür. Ör: Bitkilerin kışın donmasını önleyen su miktarını azaltarak konsantrasyonu yükseltmeleridir.
•Bir hücrenin OB’nı yukardaki formülle hesaplamak kolay değildir. Çünkü hücrede onlarca eriyik bulunmaktadır. Ancak osmometre denilen aletler yardımıyla bir bitki hücresinin OB’ ı ölçülebilmektedir.
•Hücrelerin bulundukları ortamla olan su ilişkilerine göre bu ortamlar değişik isimler alırlar. Hücredeki OB bulunduğu ortamdakinden yüksekse bu ortama hipotonik ortam, eğer tersiyse (düşükse) bu ortama hipertonik ortam, fakat hücre ile ortamın basıncı (OB) eşitse bu ortama da izotonik ortam denir.
•Buna göre bir hücrenin veya bitkinin osmozla su alabilmesi için hipotonik ortamda olmaları gerekir. Ör: Kök emici tüylerinin su alabilmesi için toprağın hipotonik olması gerekir. Yada bir parankima hücresinin su alabilmesi için intersellüler alanın hipotonik olması gerekir.
Hipotonik ortamda hücre su alıp turgor durumuna geçer. Hipertonik ortamda ise hücre su kaybederek büzülür ve plazmolize uğrar. Hücre tekrar hipotonik ortama konulursa turgor duruma geçer ki buna deplazmoliz adı verilir.
•Araştırmalara göre; bir bitkinin organ, doku ve hücrelerinde farklı organik madde ve tuzların bulunmasına, ışığın şiddetine, fotosentez hızına bağlı olarak OB değişmektedir. Hatta bitkilerde OB günlük, mevsimlik peryodisite göstermektedir. Genel olarak mezofit bitkilerde OB değeri 5-11atma arasındadır. Ancak halofit ve kserofit bitkilerde çok daha yüksektir. OB’ ın en yüksek olduğu organ ise fotosentezin yapıldığı yapraklardır. Köklerde osmotik basınç topraktan daha yüksek, gövdede kökten daha yüksek ve yapraklarda da en yüksektir. Bu Osmotik Basınç Gradiyenti farkıyla topraktan köke, kökten yapraklara suyun yükselmesi gerçekleşir.
Turgor Basıncı (TB) :
• Osmozla hücreye giren su, hücrenin şişmesine sebep olur. Buna turgor, bu sırada su moleküllerinin hücre çeperine yaptığı basınca da Turgor Basıncı denir. Hücre çeperinin TB’ na zıt yönde ortaya koyduğu bir kuvvet vardır ki buma çeper basıncı denir.
•TB basıncı otsu bitkilerin hayatında önemlidir. Çünkü bu bitkilerin dik durması TB’ na bağlıdır. Ör: Susuz kalmış saksı bitkilerinin sulandığı zaman tekrar canlandığını dallarını kaldırdığını gözlemişinizdir. Emme Kuvveti (EK) :
•Hücrede OB’ ın TB’ na üstünlük sağladığı sürece su alınımı devam eder. Su alınımını sağlayan bu kuvvete Emme Kuvveti denir.
•EK = OB – TB Şayet TB = 0 ise EK = OB
• EK = 0 ise OB = TB
•Su alınımı için daima OB > TB’ dır.
•atm
ŞİŞME
•Bitkilerin kolloidal yapılarının intersellüler alanlarına su alarak hacim ve ağırlık artışı göstermesine şişme denir. Ör: Selüloz ve nişasta gibi kolloidal maddelerce zengin tohumlarda şişme bariz olarak görülür. Şişme sonucu hacim artışından doğan kuvvete şişme basıncı denir. Bu 1000 atm. kadar olabilmektedir.
•Ortamın OB., sıcaklığı ve kimyasal özelliği şişmeyi etkileyen önemli etmenlerdir.
•Şişme ortamındaki iyonların şişmeye etkileri farklıdır. İyonların atom ağırlıkları ile şişmeye etkileri doğru orantılıdır.
•Ör: Aynı miktarda keten tohumu saf suya, KCl, NaCl, LiCl çözeltilerine konulduğunda en fazla şişme saf suda gözlenir. Sonra KCl çözeltisinde gerçekleşir. Çünkü K+’ un atom ağırlığı Na ve Li’ dan büyüktür. Dolayısıyla hidratasyon örtüsü azdır. Dolayısıyla ortamda serbest su molekülleri yoğundur ve tohumlara su girişi daha çoktur. Bu durum topraktaki iyonların çeşitliliği ve miktarları farklı olduğu için tohumların şişme durumları ve buna bağlı olarakta çimlenmeleri farklı olacaktır.
Su Potansiyeli (Ψ PSi):
•Suyun kimyasal potansiyeli olarak bilinir, suyun hareketi ve etkileşimi için gerekli olan enerjinin bir ölçüsüdür. Bir çözeltideki çözünen madde miktarıyla su potansiyeli ters orantılıdır. Çözünen madde miktarı ne kadar çok ise burada su potansiyeli o denli düşüktür. Bitkilerde normal şartlarda su potansiyeli her zaman negatiftir. Saf suyun su potansiyeli normal atmosfer basıncında sıfıra eşit olup en yüksek değerdir.
•Yarı geçirgen zarla ayrılmış iki ortam arasında su geçişi, su potansiyelinin yüksek olduğu yerden düşük olduğu ortama geçecektir. Birimi bar’ dır. ( 1 atm = 1, 013 bar)