İnorganik Moleküller
Giriş ve Konunun Amacı
Canlıların yapısını oluşturan maddeler genel olarak ikiye ayrılır: inorganik ve organik moleküller. İnorganik moleküller, canlıların kendi vücutlarında üretemediği ve doğadan (su, toprak, hava gibi dış ortamlardan) hazır olarak almak zorunda olduğu, yapısında genellikle karbon (C) ve hidrojen (H) atomunu aynı anda bulundurmayan küçük yapılı maddelerdir. Bu konunun amacı, canlılık için hayati öneme sahip olan su, mineraller, asitler, bazlar ve tuzlar gibi inorganik bileşiklerin özelliklerini ve vücuttaki görevlerini detaylıca öğrenmektir.
İnorganik Moleküllerin Genel Özellikleri
- Canlılar tarafından sentezlenemezler, doğadan hazır alınırlar (örneğin suyu içerek, mineralleri bitkilerden yiyerek alırız).
- Sindirilmezler. Zaten çok küçük yapılı (monomerden bile küçük) oldukları için hücre zarından doğrudan ve kolaylıkla geçerler.
- Enerji (ATP) verici olarak kesinlikle KULLANILMAZLAR.
- Hücrenin yapısına katılırlar (örneğin kemiklerde kalsiyum minerali bulunur).
- Enzimlerin yapısına (kofaktör olarak) katılıp düzenleyici olarak görev yaparlar.
Şimdi en önemli inorganik bileşikleri sırasıyla inceleyelim.
1. Su ve Hayati Önemi
Dünyamızın yaklaşık dörtte üçü, insan vücudunun ise yaşa ve cinsiyete bağlı olarak %60 ile %75'i sudur. Hayat suda başlamıştır ve su olmadan yaşamın devam etmesi imkânsızdır. Suyun biyolojik önemini fiziksel ve kimyasal özellikleri üzerinden anlayabiliriz:
İyi Bir Çözücüdür
Su polar (kutuplu) bir moleküldür. Bu özelliği sayesinde kandaki besinlerin (glikoz, amino asit vb.) ve atık maddelerin (üre) çözünerek vücutta taşınmasını sağlar. Ayrıca bitkiler topraktaki mineralleri ancak suda çözünmüş haldeyken kökleriyle alabilirler. Zehirli atıkların vücuttan seyreltilerek atılması da suyun çözücü özelliği sayesindedir.
Taşıma ve Terleme Özelliği (Kohezyon ve Adhezyon)
Su moleküllerinin hidrojen bağlarıyla birbirini çekmesine kohezyon kuvveti denir. Bu kuvvet su yüzeyinde bir yüzey gerilimi oluşturur (bazı böceklerin su üstünde yürümesini sağlayan kuvvet). Su moleküllerinin başka yüzeylere tutunmasına ise adhezyon denir. Bir ağacın kökünden emilen su, yerçekimine zıt yönde onlarca metre yukarıdaki yapraklara kadar kohezyon ve adhezyon kuvvetlerinin oluşturduğu kesintisiz bir su sütunu halinde taşınır.
Öz Isısı (Isı Kapasitesi) Yüksektir
Su geç ısınır ve geç soğur. Bu durum denizlerin ve okyanusların yavaş yavaş ısınıp soğumasını sağlayarak Dünya ikliminin dengede kalmasını sağlar. Vücudumuzdaki suyun büyük kısmı da vücut sıcaklığımızın aniden düşmesini veya yükselmesini engeller. Ayrıca terleme sırasında su buharlaşırken vücuttan ısı çektiği için serinlememizi sağlar (etkili bir homeostazi mekanizmasıdır).
Buzun Özgül Ağırlığı Sudan Küçüktür
Çoğu madde katılaştığında hacmi küçülür ve yoğunlaşır. Su ise donduğunda (buz olduğunda) hacmi genişler ve yoğunluğu azalır. Bu yüzden buz, suyun dibine batmaz ve yüzer. Bu muazzam özellik sayesinde kışın göller ve denizler dipten değil üstten donar. Üstteki buz tabakası yalıtım görevi görerek alttaki suyun donmasını engeller ve sudaki canlı yaşamının kışın da devam etmesini sağlar.
Kimyasal Reaksiyonların Gerçekleşme Ortamıdır
Enzimlerin çalışabilmesi için ortamda en az %15 oranında su bulunmalıdır. Tohumların kuru ortamda çimlenememesinin (çürümeden beklemesinin) sebebi su oranının düşük olması ve enzimlerin çalışamamasıdır. Ayrıca büyük organik moleküllerin parçalanması (hidroliz) için su doğrudan kullanılır, fotosentez sırasında ise bitkiler suyu hidrojen kaynağı olarak tüketir.
2. Mineraller
Mineraller, toprakta veya suda çözünmüş halde bulunan, element (demir, kalsiyum, magnezyum vb.) formundaki inorganik maddelerdir. Minerallerin Genel Görevleri: - Kanın ozmotik basıncını ayarlar. - Enzimlerin yapısına katılarak (kofaktör) onların çalışmasını sağlar. - Kemik, diş ve kas gibi yapıların çalışması veya sertleşmesi için gereklidirler.
Önemli Bazı Mineraller: - Kalsiyum (Ca): Kemik ve dişlerin yapısına katılır. Kanın pıhtılaşmasında ve kasların kasılmasında görev alır. Eksikliğinde çocuklarda raşitizm (kemik eğriliği), yaşlılarda kemik erimesi (osteoporoz) görülür. - Demir (Fe): Kırmızı kan hücrelerimizde bulunan ve oksijen taşıyan hemoglobin proteininin yapısına katılır. Eksikliğinde anemi (kansızlık) hastalığı görülür ve kişi sürekli yorgunluk hisseder. - Magnezyum (Mg): Bitkilerde fotosentezi sağlayan klorofil pigmentinin yapısında bulunur. İnsanlarda ise kemik ve diş yapısında, enzimlerin çalışmasında etkilidir. - İyot (I): Tiroit bezinden salgılanan tiroksin hormonunun yapısına katılır. İyot eksikliğinde tiroit bezi şişerek basit guatr hastalığına neden olur. - Sodyum (Na) ve Potasyum (K): Sinir hücrelerinde uyartı (impuls) iletiminde ve kalp ritminin düzenlenmesinde rol alırlar.
3. Asitler, Bazlar ve Tuzlar
Asitler: Suda çözündüğünde ortama Hidrojen iyonu ($H^+$) veren maddelerdir. Tatları ekşidir ve turnusol kâğıdını kırmızıya çevirirler. Örnek: Mide asidi (HCl), laktik asit (yoğurtta). Bazlar: Suda çözündüğünde ortama Hidroksil iyonu ($OH^-$) veren maddelerdir. Tatları acıdır, ele kayganlık hissi verir ve turnusol kâğıdını maviye çevirirler. Örnek: Bağırsak sıvıları, sodyum hidroksit. Tuzlar: Asitler ve bazların reaksiyona girmesiyle (nötralleşme) oluşur. Sofra tuzu (NaCl) en bilinen örneğidir ve vücuttaki su tutulumunu (ozmotik dengeyi) ayarlar.
Not: pH kavramını enzimleri işlerken daha detaylı göreceğiz. Kısaca pH, asitlik-bazlık derecesidir.
Sık Karıştırılan Noktalar ve Yanılgılar
Öğrenciler genellikle bitkilerin inorganik maddeleri kendilerinin ürettiğini zanneder ("Bitkiler üreticidir, her şeyi üretir" yanılgısı). Oysa bitkiler organik besinlerini (glikoz vb.) üretirler. Su ve mineraller inorganik oldukları için dünyadaki hiçbir canlı (bitki dâhil) bunları üretemez, herkes doğadan hazır almak zorundadır. Bitkiler kökleriyle topraktan alırlar. Ayrıca, inorganik maddelerin sindirime uğradığı yanılgısı çok yaygındır. İnorganikler zardan geçebilecek kadar küçüktür, sindirilmezler.
Özet
İnorganik moleküller canlılığın temel taşıyıcı sistemidir. Enerji vermezler ama canlılığın ayakta kalabilmesi için yapı malzemesi ve düzenleyici olarak şarttırlar. Suyun fiziksel mucizeleri hayatın gezegenimizde var olmasını sağlarken, çok küçük miktarlardaki minerallerin eksikliği ölümcül hastalıklara yol açabilmektedir.