Canlıların Enerji İhtiyacı

    Bu güzel kızak köpekleri metabolik bir harikadır. Günde 160 kilometreye ( yaklaşık 99 mil ) kadar koşarken, her biri yaklaşık 12 bin kalori tüketecek ve yakacak - günde kilo başına yaklaşık 240 kalori, bu da yaklaşık 24 Big Mac'e eşdeğer! Buna karşılık, bir insan dayanıklılık sporcusu, tipik olarak her gün pound başına ( 0,45 kg ) sadece yaklaşık 100 kalori yakar. Bilim adamları, kızak köpeklerinin inanılmaz metabolizmasıyla ilgileniyorlar, ancak hala bu kadar çok enerjiyi nasıl tükettiklerini belirleyemediler. Ancak kesin olan bir şey var: Tüm canlılar, ister bir yarış koşmak ister göz kırpmak olsun, yaptıkları her şey için enerjiye ihtiyaç duyarlar. Aslında, vücudunuzun her hücresi sadece temel yaşam süreçlerini yürütmek için sürekli olarak enerjiye ihtiyaç duyar. Muhtemelen yediğiniz yiyeceklerden enerji aldığınızı biliyorsunuzdur, ancak yiyecekler nereden geliyor? Enerji içermeye nasıl başlar? Ve hücreleriniz enerjiyi yiyeceklerden nasıl alıyor?

Enerji Nedir?

    Bilim dünyasında, enerji iş yapabilme yeteneği olarak tanımlanmaktadır. Canlılarda sık sık enerjinin iş başında olduğunu görebilirsiniz - bir kuş havada uçar, karanlıkta bir ateş böceği parlar, bir köpek kuyruğunu sallar. Bunlar, canlıların enerjiyi kullanmasının bariz yollarıdır, ancak canlılar sürekli olarak enerjiyi daha az belirgin şekillerde kullanırlar.

Canlılar Neden Enerjiye İhtiyaç Duyar?

    Her birinin içinde hücre Tüm canlılar arasında, yaşam süreçlerini yürütmek için enerjiye ihtiyaç vardır. Molekülleri parçalamak ve oluşturmak ve birçok molekülü plazma zarları boyunca taşımak için enerji gereklidir. Hayatın tüm çalışmaları enerjiye ihtiyaç duyar. Çok fazla enerji de çevreye ısı olarak kaybedilir. Yaşamın hikayesi bir enerji akışı hikayesidir - yakalanması, form değiştirmesi, iş için kullanılması ve ısı olarak kaybı. Enerji ( maddenin aksine ) geri dönüştürülemez, bu nedenle organizmalar sürekli bir enerji girişine ihtiyaç duyar. Hayat kimyasal enerjiyle çalışır. Canlı organizmalar bu kimyasal enerjiyi nereden alıyor?

Organizmalar Nasıl Enerji Alır?

    Organizmaların ihtiyaç duyduğu kimyasal enerji besinlerden gelir. Gıda kimyasal bağlarında enerji depolayan organik moleküllerden oluşur. Enerji için besin elde etme açısından iki tür organizma vardır: ototroflar ve heterotroflar.

Ototroflar

    Ototroflar cansız kaynaklardan enerji yakalayan ve bu enerjiyi ekosistemin canlı kısmına aktaran organizmalardır. Ayrıca kendi yiyeceklerini de yapabilirler. Çoğu ototrof, güneş ışığındaki enerjiyi yiyecek yapmak için kullanır. Fotosentez. Sadece bitkiler, algler ve bazı bakteriler gibi belirli organizmalar fotosentez yoluyla yiyecek yapabilir. Bazı fotosentetik organizmalar Şekil 2'de gösterilmiştir.

	Şekil 2 Güneş ışığındaki enerjiyi kullanarak yiyecek yapan fotosentetik ototroflar, bitkileri ( solda ), algleri ( ortada ) ve bazı bakterileri ( sağda ) içerir.

    Ototroflar üreticiolarak da adlandırılır. Sadece kendileri için değil, diğer tüm canlılar ( tüketici olarak bilinirler ) için de yiyecek üretirler. Bu nedenle ototroflar, Şekil 3'te gösterilen besin zinciri gibi besin zincirlerinin temelini oluşturur.

    Bir besin zinciri, enerji ve maddenin üreticilerden tüketicilere nasıl aktığını gösterir. Madde geri dönüştürülür, ancak enerji sisteme akmaya devam etmelidir. Bu enerji nereden geliyor?

Heterotroflar

    Heterotroflar kendi besinlerini üretemeyen organizmalardır. Bunun yerine, yiyeceklerini diğer organizmaları tüketerek elde ederler, bu yüzden tüketici olarak da adlandırılırlar. Ototrofları veya diğer heterotrofları tüketebilirler. Heterotroflar tüm hayvanlar ve mantarların yanı sıra birçok tek hücreli organizmayı da içerir. Şekil 3'te otlar ve fitoplanktonlar dışındaki tüm organizmalar tüketicidir. Tüm üreticiler yeryüzünden kaybolursa tüketicilere ne olacağını düşünüyorsunuz?

Enerji Molekülleri: Glikoz ve ATP

    Organizmalar esas olarak kimyasal enerji için iki tür molekül kullanır: glikoz ve ATP. Her iki molekül de canlılar dünyasında yakıt olarak kullanılır. Her iki molekül de bu süreçte kilit oyunculardır. 

Glikoz

    Glikoz, C₆H₁₂O₆ kimyasal formülüne sahip basit bir karbonhidrattır. Bu kimyasal, enerjiyi konsantre ve stabil bir biçimde depolar. Vücudunuzda glikoz, kanınızda taşınan ve trilyonlarca kan hücrenizin her biri tarafından alınan enerji formudur. Glikoz fotosentezin son ürünüdür ve yaşam için neredeyse evrensel bir besindir. Şekil 4'te fotosentezin güneşten gelen enerjiyi glikoz molekülünde nasıl depoladığını ve ardından hücresel solunumun enerjiyi geri almak için glikozdaki bağları nasıl kırdığını görebilirsiniz.

ATP

    ATP ( adenozin trifosfat ), hücrelerin çoğu hücresel sürece güç sağlamak için kullandığı enerji taşıyan moleküldür ( sinir impuls iletimi, protein sentezi ve aktif taşıma, enerji kaynağı olarak ATP'ye dayanan hücre süreçlerinin iyi örnekleridir ). ATP, fotosentezin ilk yarısında yapılır ve daha sonra glikoz yapıldığında fotosentezin ikinci yarısında enerji için kullanılır. ATP, Şekil 5'te gösterildiği gibi, üç fosfat grubundan ( Pi ) birinden vazgeçtiğinde ve ADP'ye ( iki fosfat grubuna sahip adenozin difosfat ) değiştiğinde enerji açığa çıkarır. Bu nedenle, ATP'nin ADP + Pi'ye parçalanması, enerjiyi serbest bırakan ( ekzotermik ) katabolik bir reaksiyondur. ATP, enerji alan ( endotermik ) bir anabolik reaksiyon olan ADP ve Pi'nin birleşiminden yapılır.

Organizmalar Neden Hem Glikoza Hem de ATP'ye İhtiyaç Duyar?

    ATP, hücrelerin enerji için kullandığı molekül ise canlılar neden glikoza ihtiyaç duyar? Ototroflar neden sadece ATP yapmıyor ve onunla bitmiyor? Cevap "ambalajda" dır. Bir glikoz molekülü, bir ATP molekülünden daha küçük bir "pakette" daha fazla kimyasal enerji içerir. Glikoz ayrıca ATP'den daha kararlıdır. Bu nedenle, glikoz enerjiyi depolamak ve taşımak için daha iyidir. Bununla birlikte, glikoz, hücrelerin kullanması için çok güçlüdür. Öte yandan ATP, hücrelerdeki yaşam süreçlerine güç sağlamak için doğru miktarda enerji içerir. Bu nedenlerden dolayı, hem glikoza hem de ATP'ye canlılar tarafından ihtiyaç duyulur.

Enerji Canlılardan Nasıl Akar?

    Canlı organizmalar aracılığıyla enerji akışı fotosentez ile başlar. Bu işlem, güneş ışığından gelen enerjiyi glikozun kimyasal bağlarında depolar. Hücreler, glikozdaki kimyasal bağları kırarak depolanan enerjiyi serbest bırakır ve ihtiyaç duydukları ATP'yi üretir. Glikozun parçalandığı ve ATP'nin yapıldığı işleme denir hücresel solunum.

    Fotosentez ve hücresel solunum aynı madalyonun iki yüzü gibidir. Bu, Şekil 6'da açıkça görülmektedir. Bir işlemin ürünleri diğerinin reaktanlarıdır. Birlikte, iki süreç canlı organizmalarda enerji depolar ve serbest bırakır. İki süreç, Dünya atmosferindeki oksijeni geri dönüştürmek için de birlikte çalışır.

Özet Olarak

• Enerji, iş yapabilme yeteneğidir. Moleküllerin parçalanması ve oluşturulması ve birçok molekülün hücre zarları boyunca taşınması gibi yaşam süreçlerini gerçekleştirmek için tüm canlılar ve her canlı hücre tarafından ihtiyaç duyulur. 
• Biçimsel enerji, canlı organizmaların bu süreçler için ihtiyaç duyduğu kimyasal enerjidir ve gıdalardan gelir. Gıda, enerjiyi kimyasal bağlarında depolayan organik moleküllerden oluşur. 
• Ototroflar kendi besinlerini kendileri yaparlar. Örneğin, bitkiler fotosentez yoluyla besin üretirler. Ototroflara Üreticiler de denir. 
• Heterotroflar diğer organizmaları yiyerek besin elde ederler. Heterotroflar Tüketiciler olarak da bilinir. 
• Organizmalar enerji için çoğunlukla glikoz ve ATP moleküllerini kullanır. Glikoz, kanda taşınan ve hücreler tarafından alınan kompakt, stabil bir enerji formudur. ATP daha az enerji içerir ve hücre süreçlerine güç sağlamak için kullanılır. 
• Canlılar arasındaki enerji akışı, glikoz üreten fotosentez ile başlar. Hücresel solunum adı verilen bir süreçte, organizmaların hücreleri glikozu parçalar ve ihtiyaç duydukları ATP'yi üretir.