CANLILARIN YAPISINDAKİ İNORGANİK MADDELER

Temel bileşen olarak adlandırılan yapılar, canlı vücudunda bulunan maddelerdir. Burada incelenen hücre değil hücrelerin içerisinde ve dışarısında bulunabilecek olan besin molekülleridir. Canlı yapısını oluşturan bu temel bileşikler inorganik ve organik olmak üzere iki grupta incelenir. Bu yazıda inorganik maddeler üzerinde duracağız.

İsim olarak kısaca değinecek olursak inorganik maddeler; su, mineral, asit, baz ve tuz olmak üzere beş çeşittir. Organik maddeler karbonhidrat, yağ (lipit), protein, enzim, nükleik asit, ATP (Adenozin trifosfat), vitamin ve hormon olmak üzere sekiz çeşittir. Bazı kaynaklarda hormonlar ayrı bir başlık altında verilmez ve yedi çeşit olarak gösterilir. Yedi ya da sekiz bu farklılık çok önemli değildir. İnorganik maddelerin çeşitlerine tek tek bakmadan önce inorganik maddelerin kendi özelliklerine bir bakalım.

İNORGANİK MADDELERİN ÖZELLİKLERİ

• Canlılar tarafından sentezlenemezler. Doğadan hazır halde almak zorunda oldukları moleküllerdir. İster ototrof ister heterotrof olsun inorganik maddeleri canlının kendisi üretemez.
• Organik maddelerin hammaddesidir.
• Sindirime uğramazlar.
• Sindirilemedikleri için monomerleri (yapı taşları) yoktur. Sindirim reaksiyonları ile daha küçük parçalara ayrılamazlar.
• Hücre zarından direkt geçebilecek kadar küçük yapılıdırlar.
• Solunum tepkimelerinde enerji verici olarak kullanılmazlar.
• Yıpranan dokuların onarılması ve metabolik faaliyetlerin düzenlenmesinde görev alırlar.
• Genellikle hidrojen (H) ve karbon (C) atomlarını birlikte içermezler.
• İnorganik maddelerin organik maddelere dönüştürülmesi işlemi ototrof canlılarda gerçekleşir. Kendine özgü organik madde üretimi tüm canlılarda ortak olmasına rağmen inorganik madde üretimini gerçekleştiremezler.

1- SU VE ÖZELLİKLERİ

Su dünya üzerinde çok büyük bir alan kaplar. Bu durum sadece dünya için değil canlı vücudu için de geçerlidir. Canlıların da vücudunun çok büyük bir kısmı sudan oluşur. Bu durumda su aslında canlıların temel bileşenleri içerisinde en büyük alana sahip olan yapıdır. Hem organik maddeler içerisinde hem de tüm temel bileşenler içerisinde en fazla bulunan sudur. Miktarı hücreden hücreye değişiklik gösterir. Kimi hücrelerde %30 civarında bulunurken kimisinde %80 civarında bulunabilir.

Suyun en önemli özellikleri; kohezyon kuvveti, adhezyon kuvveti, yüzey gerilimi, özgül ısı yüksekliği, buharlaşma ve donmadır. Bunların her birine yakından bakalım.

Kohezyon Kuvveti

Kohezyon kuvveti sadece suya özgü bir özellik değildir. Diğer sıvıların kohezyon kuvveti biyolojinin değil kimyanın konusudur. Dolayısıyla biz su üzerinden ilerleyeceğiz.

Su, moleküller halinde bulunur. Kapalı formülü H₂O şeklindedir. Ortada oksijen ve bu oksijene bağlı iki hidrojen olarak düşünebilirsiniz. Su molekülleri hareket halindeyken tek tek ilerlemezler. Bir su molekülünün hidrojeni ile diğer su molekülünün oksijeni arasında hemen bir bağ oluşur. Bu bağ, hidrojen bağı olarak adlandırılır ve zayıf bir bağdır. İyonik ve kovalent bağın aksine hızlı ve kolay bir biçimde parçalanıp tekrar oluşabilir. Su molekülleri hareket halindeyken hidrojen bağları kopup diğer su molekülleri arasında yeniden oluşur. Bu sürekli tekrarlanır ve bu sayede su molekülleri birbirlerine tutunabilir. Su moleküllerinin hidrojen bağları ile birbirine tutunması sonucu ortaya çıkan kuvvet kohezyon olarak adlandırılır. Bunu bir örnekle anlatalım. Su bir yere döküldüğünde çok fazla saçılmaz. Belirli bir yerden hep aynı yolu izleyerek akmaya başlar. İşte bu şekilde bir arada kalabilmelerinin nedeni kohezyondur.

Yüzey Gerilimi

Yüzey gerilimini oluşturan kuvvet kohezyondur. Suyun yüzeyindeki su molekülleri arasında oluşan bir kuvvettir. En üstte bulunan su moleküllerinin birbirlerine sıkıca bağlanması (kohezyon kuvveti) sonucu yüzeyde bir gerilim oluşur. Bazı böceklerin su yüzeyinde durabilmesi ve yürüyebilmesi yüzey gerilimine bir örnektir. İnsanlar parmaklarını bastırdığında rahatlıkla su yüzeyini delebilir fakat aynı yüzey gerilimi bir böcek için delinmesi zordur. Nasıl ki insan asfaltta yeri delmeden yürüyebiliyorsa hafif ve küçük böcekler de yüzey gerilimini delmeden su yüzeyinde yürüyebilirler. Kuvvetleri yüzey gerilimini bozmaya yetmez. Su böcekler için sert bir yüzey gibi davranır. Su üzerinde taş sektirmek de benzer bir örnektir. Taş yüzey gerilimini bozmayacak bir kuvvetle suya değdiğinde su içine gömülmek yerine seker.

Adhezyon Kuvveti

Kohezyonda su moleküllerinin, hidrojen bağını birbirleri ile yaptığından bahsetmiştik. Adhezyonda ise su moleküllerinin tutunma olayı başka moleküllerle gerçekleşir. Adhezyon en özet haliyle suyun başka bir yapıya yapışması olayıdır. Kıyafetlerin ıslanması buna verilebilecek iyi bir örnektir. Islanma aslında su moleküllerinin kıyafete yapışmasıdır. Suyun sürahiye yapışarak ilerlemesi de yine adhezyon sayesinde gerçekleşir.

Özgül Isı Yüksekliği

Bir maddenin birim miktarının ısınması için gereken ısıdır. Bir tencerenin içine bir miktar su ve metal kaşık koyduğumuzu düşünelim. Belli bir süre geçtikten sonra dokunduğumuzda metal kaşığın sudan daha fazla ısınmış olduğunu fark ederiz. Demir kaşığın öz ısı yüksekliği daha düşük olduğu için çok çabuk ısınır. Suyun öz ısısı ise daha yüksektir. Onu ısıtmak için gereken enerji miktarı daha fazla olacaktır. Bu nedenle denizler ve okyanuslar geç ısınıp geç soğurlar. Akdeniz kıyılarında en sıcak hava, temmuz ve ağustos aylarında görülürken, deniz suyunun sıcaklığının eylül ayında temmuz ve ağustos aylarına kıyasla daha sıcak olması da yine suyun birim miktarının ısınması için gereken ısı miktarının fazla olmasıyla ilgilidir.

Buharlaşma

Buharlaşma, suyun sıvı halden gaz haline geçmesi demektir. Buharlaşma sıcaklığı denilen bir sıcaklık noktası yoktur. Soğuk, ılık ve sıcak havada gerçekleşebilir. Buharlaşma hızı sıcaklık yükseldikçe artış gösterir. Buharlaşma, vücut sıcaklığının düşürülmesinde önemli rol oynar. Terleme esnasında vücuttan bir miktar su atılırken bir taraftan da ısı atımı gerçekleşir. Bu sayede vücut sıcaklığı düzenlenmiş olur.

Donma

Donma sıvı halde bulunan suyun katı (buz) hale geçmesidir. Donma olayının önemini bir formül üzerinden anlatalım. d=m/V formülünü duymuşsunuzdur. Buradaki m harfi kütleyi, V harfi hacmi ve d harfi birim hacimdeki kütle miktarı yani özkütleyi ifade eder (Özkütle, yoğunluk olarak da düşünülebilir). Su donarken suyun hacmi artar. Hacmin artması özkütlenin düşmesine yol açar. Bu durum buz küplerinin su içerisinde yüzebilmesi anlamına gelir. Normalde olması beklenen, buzun bir taş gibi dibe çökmesidir ama hacim artışı nedeniyle düşen özkütle buzun yüzeyde kalmasını sağlar.

Buzun düşük özkütleli olmasının canlılar için neden önemli olduğunu bir örnekle açıklayalım. Soğuk havalarda göllerin yüzeyinin buz tuttuğunu görürüz. Buz, bir taş gibi dibe çökecek olsaydı yüzey yeniden sıvı kalırdı. Yüzeyde kalan sıvı su her seferinde donarak dibe çökecek ve sonunda gölün tamamı donmuş olacaktı. Bu da göldeki canlılığın çok büyük kısmının yok olması anlamına gelir. Neyse ki buz dibe çökmek yerine gölün yüzeyinde kalır. Hava ne kadar soğuk olursa olsun buz kütlesinin altındaki su hep sıvı kalır ve bu da canlı yaşamının devam etmesi demektir.

Suyun Canlılar İçin Önemi

Donma, buharlaşma, özgül ısı yüksekliği, yüzey gerilimi, kohezyon ve adhezyon dışında suyun başka önemli özellikleri de var.

• Su, kan aracılığıyla çeşitli maddelerin taşınmasını sağlar. Bu sayede kan içinde bulunan bir madde tüm vücuda taşınabilir.
• Zararlı maddelerin seyreltilip vücuttan atılmasını sağlar. Tüm boşaltım şekillerinde bir şekilde su da atılır. Su atık maddeyi seyreltir ve daha kolay atılmasını sağlar.
• Vücudumuzdaki bütün kimyasal tepkimeler için gereklidir çünkü enzimlerin çalışmasını sağlar. Enzim dediğimiz biyolojik moleküller ancak su miktarı belli bir seviyenin üstüne çıktığında çalışabilirler.
• Fotosentez ve kemosentezin gerçekleşmesi için gereklidir.
• Vücut sıcaklığının düzenlenmesini sağlar. Terleme sırasında dışarıya su atılırken ısı atımı da gerçekleşir ve bu sayede vücut soğutulmuş olur.
• Moleküllerin parçalanmasını sağlayarak hidrolizde görev alır.
• Çözücü bir moleküldür. Çözemediği hallerde bile maddelerin taşınmasını sağlar ama eğer molekülü çözerse daha rahat taşır.

2- MİNERAL

Mineral dediğimiz maddeler vücudumuzda mutlaka bulunması gereken moleküllerdir. Mineralin çeşidine göre vücudumuzdaki miktarı da değişiklik gösterir. Bazılarına daha yüksek miktarda ihtiyaç duyulurken bazılarına çok az oranda ihtiyaç duyulur. Bu mineralin çeşidiyle alakalı bir durumdur. Burada önemli olan minerallerin elzem maddeler olmasıdır. Mutlaka alınmaları gerekir.

Mineraller vücudumuzda iki şekilde bulunabilir. Ya çeşitli organik maddelere bağlı olarak ya da doğrudan inorganik maddeler (tuz) halinde bulunurlar.

Bir mineralin görevi o minerale özgüdür. Tek bir minerali yeterince alıp tüm süreçleri onunla halletmek mümkün değildir. Bu da demek oluyor ki her bir mineralden vücuda alınmalıdır.

Minerallerin Görevleri

• Düzenleyici olarak görev yaparlar. Her mineralin düzenleyici görevi birbirinden farklıdır. Örneğin demir (Fe) eksikliğinde görülen kansızlık, klor (Cl) ile giderilemez.
• Kanın osmotik basıncını düzenler. Kan osmotik basıncının düzenlenmesi sadece minerallere özgü bir görev değildir. Bu görev özellikle proteinlere aittir. Hatta proteinlerin osmotik basınç düzenlemesi minarellerinkine göre çok daha etkin bir düzenlemedir.
• Hormon, enzim ve vitamin gibi moleküllerin yapısına katılarak doğrudan düzenleyici olarak da görev yapabilirler.
• Mineraller enerji vermezler.
• Sindirime uğramazlar.
• Çok küçük yapılı oldukları için doğrudan hücre zarından ve kılcal damarlardan geçebilirler.
• Tüm canlılar mineralleri dışarıdan hazır halde alırlar.
• Vücudun çok küçük bir kısmını oluştururlar.
• Bazıları enzimlerin yapısına katılarak katalizör olarak görev yaparken bazıları kas kasılmasında ya da sinirlerde uyartı iletiminde rol alabilirler. (Görevleri birbirinden farklıdır.)
• Canlılar için en önemli olanları; potasyum, demir, kalsiyum, iyot, magnezyum, flor, kükürt, klor, sodyum, fosfor ve çinkodur.

3- ASİTLER

Asitlerin pH değeri 7’den düşüktür. Turnusol kağıdının rengini her zaman kırmızıya döndürürler. Tatları ekşidir. Su içerisinde Çözündüklerinde H⁺ iyonu verirler. pH değerini de bu şekilde düşürürler. Sudaki H⁺ konsantrasyonu ne kadar fazlaysa pH o kadar düşük olacaktır. Bu sebeple kuvvetli asitlerin pH değeri düşük, zayıf asitlerinki yüksektir.

4- BAZLAR

Bazlar su içerisinde çözündüklerinde suyu OH^– iyonu verirler. Hidrojen miktarları düşüktür. Bu sayede pH değeri 7’nin üzerindedir. Kuvvetli bazların pH değeri 7’nin çok üzerinde 14 civarında iken zayıf bazlarınki 7’nin üzerinde ama 7’ye yakındır.

pH değeri 7’nin altında olanlara asit, üzerinde olanlara baz, 7 civarında olanlara ise nötr madde denir. Bazların tadı, asitlerin aksine ekşi değil acıdır. Turnusol kağıdının rengini maviye çevirirler.

NOT: Asitler ve bazlar inorganik yapılardır. Fakat bazen organik maddeler de asit veya baz özelliği gösterebilir. Buna örnek olarak aminoasitler verilebilir. Aminoasitler organik maddelerdir fakat asit özelliği gösterebilirler. Fazla biriktikleri ortamlarda pH değerinin düşmesi yani ortamın asitleşmesine neden olurlar. Bu durumda asit özelliği gösteren her maddeye inorganik madde denilemez.

5- TUZ

Tuzların pH değeri 7 civarında olduğu için nötr moleküllerdir ama her nötr molekül tuz değildir. Tuzlar, asitler ile bazların nötralleşme tepkimesine girmesi sonucunda oluşur.

Asit + Baz → Tuz + H₂O

Bu denklemde asit zayıf, baz kuvvetli olabilir. Aksine asit kuvvetli, baz zayıf da olabilir.