Biyoloji (Bitki)

Toprak ve Bitki Beslenmesi

• N. rajah çok verimsiz topraklarda yaşar ve etoburluk ile kalsiyum, potasyum, fosfor gibi beslinleri elde eder.

• Toprak canlı, karmaşık, kırılgan bir ekosistemdir. Topraktaki canlılar kendi aralarında fiziksel ortamla etkileşirler.

Toprağın temel fiziksel özellikleri:

• Toprağın dokusu (Tekstürü)

• Toprağın bileşimi

Toprağın Yapısı:

Toprak partikülleri (parçacıkları) büyüklüğüne göre sınıflandırılır.

En büyük parçadan en küçük parçaya doğru, kaba kum → mil → mikroskobik kil partikülleri olarak sıralanır.

• Toprak toprak katmanları adı verilen üst üste dizilmiş tabakalardan oluşmuştur.

• Üst toprak mineral, canlı organizmalar ve diğer bozunan organik maddeler olarak tanımlanan humustan oluşmuştur

Toprak çözeltisi, toprak parçacıkları arasındaki gözeneklerde bulunan su ve çözünmüş minerallerden oluşur.

• Şiddetli bir yağmurdan sonra, su toprağın içindeki büyük boşluklardan süzülmesine karşın, daha küçük boşluklar bu suyu tutarlar. Çünkü kil ve diğer parçacıklardaki negatif yükler su moleküllerini çeker.

• Gevşek bir şekilde bağlanmış su filmi genellikle bitkiler tarafından kullanılabilir.

• Tınlar en verimli üst topraktır ve eşit miktarda kum,mil ve kil içerir.

Üst Toprağın Bileşimi

• Bir toprağın bileşimini toprağın inorganik (mineral) ve organik kimyasal elemanları oluşturur.

• Toprakta yaşayan pek çok yaşam formu, toprağın organik elemanlarını oluşturur.

İnorganik elemanlar

• Pozitif yüklü iyonlar (katyonlar)- potasyum (K+), kalsiyum (Ca2+) ve magnezyum (Mg2+) – negatif yüklü toprak parçacıklarına tutunurlar.

• Böylelikle, topraktan suyun akıp gitmesi yani süzülmeyle kolay kaybolmazlar.

• Katyon değişimi ile toprak parçacıklarındaki katyonlar diğer katyonlar ile- özellikle H + ile yer değiştirirler.

• Yer değiştirmiş katyonlar toprak çözeltisine girer ve bitkilerin kökleri vasıtasıyla bitkiye geçebilirler.

• Negatif yüklü iyonlar toprak parçacıklarıyla bağlanmaz ve sızıntıyla topraktan kaybolabilirler.

Organik Elemanlar

• Üst toprağın başlıca organik bileşeni humustur. Humus, kil parçacıklarının kümelenmesini önler ve suyu tutabilen, kolay ufalanan bir toprak oluşturur.

• Fakat bu sırada, hala köklerin yeterince havalanmasına yetecek kadar por içerir.

• Ayrıca, toprağın katyon değiştirme kapasitesini arttırır ve mikroorganizmaların organik maddeyi parçalaması sonucu, yavaş yavaş toprağa geri dönen mineral besin maddesi kaynağı olarak iş görür.

Toprak korunması ve sürdürülebilir tarım

• Gübreleme ve diğer uygulamalarla toprağın işlenmesi, tarımı ve modern toplumları doğurmuştur.

• Doğal ekosistemlerin aksine, tarım toprağın mineral içeriğini tüketir, su rezervlerini düşürür ve erozyonu teşvik eder.

• 1930’larda Amerika Birleşik Devletleri’nde görülen Amerikan Toz Çanağı, toprağın kötü yönetilmesinin sonuçlarına bir örnek teşkil etmektedir.

• Günümüzde, toprağın kötü yönetilmesi nedeniyle dünyadaki ekilebilir alanların %30’dan fazlasında veririmlilik azalmıştır.

• Sürdürülebilir tarım, koruma ilkesinin göz önünde bulundurulduğu, çevresel olarak güvenli ve karlı bir dizi çiftçilik yöntemini içeren bir işletme biçimidir.

Sulama

• Sulama, tatlı su kaynaklarının en önemli tüketicisidir. − Örneğin, küresel olarak tüketilen bütün tatlı su suyun yaklaşık %75’i tarımda kullanılmaktadır.

• Sulama suyunun birincil kaynağı akifer adı verilen yer altı su kaynaklarıdır.

• Yer kabuğunun yavaş yavaş ya da aniden çökmesi sonucu göçükler oluşmaktadır.

• Sulama tuzlanmaya, su buharlaşırken topraktaki tuzların yoğunlaşmasına neden olabilir.

• Damla sulama daha az su gerektirir ve tuzlanmayı azaltır.

Gübreleme

• Bitkiler topraktan besin toplandıkça, topraktaki besin maddeleri tükenebilir.

• Gübreleme, toprağın kaybettiği besinleri yerine koymaktır.

• Ticari gübreler azot (N), fosfor (P) ve potasyum (K) bakımından zenginleştirilmiştir.

• Fazla mineraller genellikle topraktan süzülür ve göllerde alg patlamalarına neden olabilir.

• Organik gübreler hayvan gübresi, balık unu ve komposttan oluşur.

• Çünkü bunlar biyolojik kökenli olup, parçalanmış organik madde içerirler.

• Bu gübreler bozundukça azot (N), fosfor (P) ve potasyum (K) salınımı yaparlar.

Toprak pH’ının ayarlanması

Toprak pH’sı minerallerin kullanılabilirliğini etkileyen önemli bir faktördür.

• Toprak pH’sı katyon değişimi ve minerallerin kimyasal formlarından etkilenir.

• H+ iyonları mineral katyonları kil partiküllerinden uzaklaştırdığından, hafif asidik toprakta katyonlar daha fazla bulunur.

• Farklı minerallerin kullanılabilirliği pH'a göre değişir– Örneğin, pH 8'de bitkiler kalsiyumu emebilir ancak demiri alamaz.

Erozyon kontrolü

• Toprağın erozyonu besin kaybına neden olur.

• Erozyonun azaltılması için:

– Rüzgar perdesi olarak ağaç dikmek

– Yamaçlık alanların teraslanması

– Kontur deseninde yetiştirme

– Toprağın tamamıyla işlenmediği tarım uygulamaları yapmak

Fitoremediasyon

• Toprağın veya yeraltı sularının zehirli kirleticilerle kirlenmesi nedeniyle bazı alanlar tarıma uygun değildir.

• Fitoremediasyon, bozucu olmayan bir biyoteknolojik yöntemdir. Bu yöntemde, bazı bitkilerin topraktaki almaları ve çeşitli kısımlarında güvenli bir şekilde biriktirebilme yeteneklerine dayanır.

• Toprak kirleticileri çıkarabilen bitkiler yetiştirilir ve daha sonra güvenli bir şekilde bertaraf edilir.

Bitkiler yaşam döngülerini tamamlamak için zorunlu elementlere gereksinim duyarlar.

• Toprak, su ve hava bitki büyümesine katkıda bulunur:

– Bir bitkinin taze ağırlığının % 80–90'ı sudan oluşur.

– Bir bitkinin kuru ağırlığının % 4'ü topraktaki inorganik maddelerdir.

– Bitkinin kuru ağırlığının % 96'sı fotosentez sırasında asimile edilen CO2 'den gelir.

Makrobesin maddeleri ve mikrobesin maddeler

• Bitkilerde inorganik maddeler 50'den fazla kimyasal element tanımlanmıştır, ancak bunların hepsi bitkiler için esansiyel değildir.

• Bir bitkinin yaşam döngüsünü tamamlaması için gereken 17 esansiyel element vardır.

• Araştırmacılar, hangi kimyasal elementlerin gerekli olduğunu belirlemek için hidroponik kültür kullanmaktadırlar.

• Bu esansiyel elementlerden 9 tanesi bitkilerin nispeten büyük miktarlarda ihtiyaç duydukları elementler olduğu için makro besinler olarak adlandırılır.

• Makro besinler karbon, oksijen, hidrojen, nitrojen, fosfor, sülfür, potasyum, kalsiyum ve magnezyumdur.

• Bu esansiyel elementlerden kalan 8 tanesi ise bitkilerin nispeten küçük miktarlarda ihtiyaç duydukları elementler olduğu için mikro besinler olarak adlandırılır.

• Mikro besinler klor, demir, manganez, bor, çinko, bakır, nikel ve molibden'dir.

• C4 and CAM fotosentetik yolaklara sahip bitkiler mikrobesin olarak sodyuma da ihtiyaç duyarlar.

• Mikrobesinler enzimatik reaksiyonlarda protein olmayan yardımcılar olarak kofaktör görevinde işlev görür.

Mineral eksikliği semptomları

• Mineral eksikliğine bağlı oluşan semptomlar bir besin maddesi olarak, kısmen mineralin işlevine bağlıdır.

• Mobil besin eksikliği genellikle genç organlardan ziyade daha yaşlı organları etkiler.

• Daha az hareketli bir besinin eksikliği genellikle daha genç organları yaşlılara göre daha fazla etkiler.

• En yaygın eksiklikler nitrojen, potasyum ve fosfor eksiklikleridir.

Genetik modifikasyonla bitki besleme yöntemleri, bitkilerin çevresel streslere dayanıklılığını artırmayı hedefler. İşte bazı örnekler:

1. Alüminyum Toksisitesine Direnç: Asitli topraklarda, bakteriyel genlerin bitki genomuna entegre edilmesi, bitkilerin alüminyuma bağlanan asitler salgılayarak kök hasarını azaltmasını sağlar.

2. Aşırı Su Koşullarına Tolerans: Sub 1A-1 geni, pirinç gibi bitkilerin su altında kalmaya karşı direnç geliştirmesine yardımcı olur, oksijen eksikliği ve toksik birikimlerin etkilerini azaltır.

3. Akıllı Bitkiler: Bu bitkiler, besin eksikliklerini erken aşamada renk değişiklikleriyle (örneğin fosfat eksikliğinde mavi renk) göstererek yetiştiricilere bilgi verir.

Bu yaklaşımlar, mahsul verimliliğini artırmak ve çevresel zorluklara uyumu sağlamak için genetik mühendisliğini kullanır.

Bitki beslenmesi çoğunlukla diğer organizmalarla ilişkileri içerir.

• Bitkiler ve toprak arasında mutualistic bir ilişki vardır

– Ölü bitkiler, toprakta yaşayan mikroorganizmaların ihtiyaç duyduğu enerjiyi sağlar.

– Canlı bitki köklerinden salgılanan maddeler kök çevresinde yaşayan çok çeşitli mikroorganizmaları destekler.

Toprak bakterileri ve bitki beslenmesi

• Bitkinin köklerine bağlı toprak tabakası rizosfer olarak tanımlanmaktadır.

• Rizosfer, ayrıştırıcılar ve nitrojen sabitleyiciler olarak işlev gören bakteriler içerir.

Rizobakteriler

• Serbest yaşayan rizobakteriler rizosferde gelişir ve bazıları köklere girebilir.

• Kökler tarafından salgılanan şekerler, amino asitler ve organik asitler nedeniyle rizosfer yüksek mikrobiyal aktiviteye sahiptir.

• Rizobakteriler:

– Bitki büyümesini teşvik eden hormonlar üretebilirler.

– Kökleri hastalıktan koruyan antibiyotikler üretebilirler.

– Toksik metalleri absorbe edebilir veya besinleri kökler için daha uygun hale getirebilirler.

Azot döngüsünde bakteriler

• Azot, bitki büyümesi için önemli bir sınırlayıcı besin olabilir.

• Azot döngüsü, doğada azot ve azotlu bileşiklerin dönüşümünü açıklar.

• Bitkilerin kullanabildiği azot bileşikleri azot iyonları(NO3– ) ve amonyum iyonları (NH4+)dır.

• Topraktaki azotun çoğu bakterilerin faaliyeti sonucu oluşur.

• NH4+‘e dönüştürme:

− Amonyaklaştırıcı bakteriler organik bileşikleri parçalar ve amonyak açığa çıkarır (NH3) − Azot bağlayıcı bakteriler N2‘yi NH3 ‘e dönüştürürler.

− NH3, NH4+ ‘e dönüştürülür.

• NO3–‘e dönüştürme:

− Nitrifikasyon bakterileri NH3 'ü nitrite (NO2–) sonra nitriti nitrata (NO3–) okside ederler.

• Denitrifikasyon bakterileri tarafından NO3– , N2 ’ye dönüştürüldüğünde azot atmosferde kaybolur.

Azot fikse eden bakteriler: Yakından bakış

• Rhizobium bakterileri ve baklagil kökleri arasındaki kurulan özelleşmiş mutualizm ilişkisi nedeniyle kökün yapısında büyük değişiklikler görülür.

• Bir baklagilin köklerinin üzerinde şişkinlikler oluşur ve bu şişkinlikler nodül olarak isimlendirilir.

• Bu nodülleri, Rhizobium’un enfekte ettiği bitki hücreleri oluşturur.

Azot fiksasyonu ve tarım

• Mutualistik azot fiksasyonundan sağlanan tarımsal yarar, ürün rotasyonunun önemini göstermektedir.

• Bu uygulama ilk yıl mısır gibi baklagil olmayan bir bitki, bir sonraki yıl ise toprakta fikse edilen azot derişimini iyileştirmek için adi yonca ya da başka baklagiller dikilir.

• Baklagil tohumları toprağa ekilmeden önce bakteri uygulanır. Bu uygulama bitkinin kendine özgü Rhizobium ırkı ile karşılaşması için yapılır.

• Baklagil bitki hasat edilmez ve “ yeşil gübre ” olması için parçalanarak sürülür.

• Akçaağaç ve bazı tropik çimenler gibi baklagil olmayan bitkiler azot fikse eden aktinomiset grubu bakterilere konaklık görevi yapar.

• Pirinç tarlaları genellikle azotu sabitleyen mutualistik siyanobakterilere sahip suda yaşayan bir eğrelti otu içerir.

Fungus ve bitki besleme

• Mikoriza kökler ve fungusların oluşturduğu mutualistik birlikteliktir.

• Ev sahipliği yapan bitki fungusa anlık şeker sağlar.

• Buna karşılık fungus bitkiye su alımı için yüzey alanı artışı ve topraktan minerallerin alımını sağlar.

• Mikorizal mantarlar ayrıca kök büyümesini ve dallanmayı uyaran büyüme faktörleri salgılarlar.

Başlıca iki tip mikoriza bulunur

• Ektomikorizada, mantarın miselyumu, kök yüzeyi üzerinde yoğun bir kılıf oluşturur.

• Bu hifler apoplastta bir ağ oluşturur, ancak kök hücrelere nüfuz etmez.

• Arbuskular endomikoriza’da mikroskobik mantar hifleri köke doğru uzanır.

• Bu mikorizalar hücre duvarına nüfuz eder, ancak kök hücrelerde dallı arbusüller oluşturmak için plazma zarına girmez.

Mikorizanın tarımsal ve ekolojik önemi

• Çiftçiler ve ormancılar, mikorizaların oluşumunu desteklemek için sıklıkla mantar sporları ile tohumları aşılamaktadır.

• Bazı istilacı egzotik bitkiler, yerli bitkiler ile mikorizal mantarları arasındaki etkileşimi bozar.

Epifitler, Parazitik Bitkiler ve Karnivor Bitkiler

• Bazı bitkiler, diğer organizmaları mutualist olmayan yollarla kullanan besinsel adaptasyonlara sahiptir.

• Bunlardan üç tanesi;

– Epifitler

– Parazitik Bitkiler

– Karnivor Bitkiler

• Bir epifit başka bir bitkide büyür ve yağmurdan su ve mineraller alır.

• Parazitik bitkiler, yaşayan konakçı bitkilerinden şeker ve mineralleri emer.

FOTOSENTEZ

• Fotosentez güneş enerjisini kimyasal enerjiye dönüştüren süreçtir.

• Fotosentez, doğrudan ya da dolaylı,yaklaşık bütün canlıları besler.

• Ototroflar diğer canlılardan köklenmiş herhangi bir şeyi tüketmeksizin yaşamlarını sürdürürler.

• Ototroflar biyosferin üreticileridir. Organik molekülleri CO2 ‘den üretirler ve diğer inorganik molekülleri kullanırlar.

• Hemen hemen tüm bitkiler, organik moleküller yapmak için güneş ışığının enerjisini kullanan fotoototroflardır.

• Fotosentez bitkilerde, alglerde, belirli bazı protistlerde ve bazı prokaryotlarda meydana gelir.

• Heterotroflar kendi besinlerini üretemediklerinden, diğer organizmalar tarafından üretilen bileşiklere bağımlıdırlar.

• Heterotroflar biyosferin tüketicileridir.

• İnsanlar dahil hemen hemen tüm heterotroflar, gıda ve O2 için fotoototroflara bağımlıdır.

• Bazı heterotroflar, karkas, dışkı ve düşen yapraklar gibi organik çöplerle beslenerek ölü organizmaların kalıntılarını tüketir ve bunlara ayrıştırıcı adı verilir.

• Dünyanın fosil yakıt kaynağı, yüz milyonlarca yıl önce ölen organizmaların kalıntılarından oluşmuştur.

• Bir bakımdan fosil yakıtlar, uzak geçmişteki güneş enerjisi depoları olarak düşünülebilir.

Fotosentez ışık enerjisini besindeki kimyasal enerjiye dönüştürür.

• Kloroplastlar yapısal olarak fotosentetik bakterilere benzer ve onlardan evrimleştiği düşünülmektedir.

• Bu yapısal organizasyonun fotosentezin kimyasal reaksiyonlarının gerçekleşmesine olanak sağladığı görülmektedir.

Kloroplastlar: Bitkilerde fotosentezin yapıldığı organel

• Bir çok bitkide fotosentez başlıca yapraklarda gerçekleşir.

• Yaprakların yeşil renkleri, kloroplastların içindeki yeşil bir pigment olan klorofilden kaynaklanmaktadır.

• Kloroplastlar, çoğunlukla yaprağın iç dokusu olan mezofil hücrelerinde bulunur.

• Her mezofil hücresi yaklaşık 30-40 kloroplast içerir.

• Yaprağa CO2 girişi ve O2 çıkışı, stomata adı verilen mikroskobik gözeneklerden olur.

• Klorofil tilakoidlerin (kloroplastta bağlı keseler) zarlarındadır ; tilakoidler, grana adı verilen sütunlar oluşturabilirler.

• Kloroplastlar ayrıca yoğun bir iç sıvı olan stromaya sahiptirler.

• Fotosentez, aşağıdaki denklem olarak özetlenebilecek karmaşık bir dizi reaksiyondur:

6 CO2 + 12 H2O + Işık enerjisi→ C6H12O6 + 6 O2 + 6 H2O

Suyun Ayrıştırılması

• Kloroplast, suyu hidrojen ve oksijene ayrıştırır, hidrojenin elektronlarını şeker moleküllerine dahil eder ve yan ürün olarak oksijen üretir.

Bir redoks süreci olarak fotosentez

• Fotosentez, solunumla karşılaştırıldığında elektron akışının yönünü tersine çevirir.

• Fotosentez, H2O 'nun oksitlendiği ve CO2 'nin indirgendiği bir redoks tepkimesidir.

• Fotosentez, endergonik bir süreçtir; enerji artışı ışıkla sağlanır.

Fotosentezde iki evre:

• Fotosentez, ışık reaksiyonlarından (fotosentezin ışıklı evresi) ve Calvin döngüsünden (sentez evresi) oluşur.

• Işık reaksiyonlarında (tilakoidlerde)

– H2O ayrışır.

– O2 salınır.

– NADP+, NADPH’ye indirgenir.

– ADP’den fotofosforilasyon ile ATP üretilir.

• Calvin döngüsü (stromada) ATP ve NADPH kullanarak CO2 ‘yi kullanarak şeker oluşturur.

• Calvin döngüsü, CO2 'yi organik moleküllere dahil eden karbon fiksasyonuyla başlar.

Işık reaksiyonları ATP ve NADPH formunda kimyasal enerjiye dönüştürülür

• Kloroplastlar güneş enerjisiyle çalışan kimyasal fabrikalar olarak değerlendirilebilir.

• Tilakoidlerde ışık enerjisi ATP ve NADPH formunda kimyasal enerjiye dönüştürülür.

Güneş ışığının yapısı

• Işık, elektromanyetik radyasyon olarak da adlandırılan bir elektromanyetik enerji biçimidir.

• Diğer elektromanyetik enerjiler gibi, ışık da ritmik dalgalarda hareket eder.

• Dalga boyu, dalgaların tepeleri arasındaki mesafedir.

• Dalga boyu, elektromanyetik enerjinin türünü belirler.

• Elektromanyetik spektrum, elektromanyetik enerjinin veya radyasyonun tüm aralığıdır.

• Görünür ışık, görebildiğimiz renkleri üreten dalga boylarından (fotosentezde kullanılanlar dahil) oluşur.

• Işık aynı zamanda foton adı verilen ayrı parçacıklardan oluşuyormuş gibi davranır.

Fotosentetik Pigmentler: Işık reseptörleri

• Pigmentler, görünür ışığı emen maddelerdir.

• Farklı pigmentler farklı dalga boylarını emer.

• Absorbe edilmeyen dalga boyları yansıtılır veya iletilir.

• Yapraklar yeşil görünür çünkü klorofil yeşil ışığı yansıtır ve iletir

• Spektrofotometre, bir pigment çözeltisi tarafından soğurulan ve geçirilen farklı dalga boylarındaki ışığın oransal miktarını ölçer.

• Bu makine, ışığı pigment çözeltisine gönderir ve her dalga boyunda geçirilen ışık oranını ölçer.

• Bir absorpsiyon spektrumu, bir pigmentin dalga boyuna karşı ışık absorpsiyonunu gösteren bir grafiktir.

• Klorofil a 'nın absorpsiyon spektrumu, mor-mavi ve kırmızı ışığın fotosentez için en iyi sonucu verdiğini göstermektedir.

• Bir etkin(aksiyon) spektrumu, bir süreci yürütmede farklı dalga boylarındaki radyasyonun göreceli etkinliğini gösterir.

• Fotosentezin etki spektrumu ilk olarak 1883'te Theodor W. Engelmann tarafından gösterildi.

• Engelmann deneyinde, filamentli bir algin farklı bölümlerini farklı dalga boylarına maruz bırakmıştır.

• Böylece fotosentez için uygun dalga boylarını alan alanlar daha fazla O2 üretmiştir.

• O2 üretiminin bir ölçüsü olarak alg boyunca kümelenmiş aerobik bakterilerin büyümesi kullanılmıştır.

• Klorofil a temel fotosentetik pigmenttir.

• Klorofil b gibi aksesuar pigmentler, fotosentez için kullanılan spektrumu genişletir.

• Karotenoid adı verilen aksesuar pigmentleri, klorofile zarar vermemesi için aşırı ışığı emer.

Klorofilin Işık tarafından uyarılması

• Bir pigment ışığı emdiğinde, temel durumdan kararsız olan uyarılmış bir duruma geçer.

• Uyarılmış elektronlar temel durumuna geri döndüklerinde, fotonlar floresan adı verilen bir ardıl ışıma verir.

• Işıtıldığında izole edilmiş bir klorofil çözeltisi floresan ışığı ve ısı yayar.

Bir fotosistem: Işık hasat eden kompleksler ile birleştirilmiş bir rekasiyon merkezi kompleksi

• Bir fotosistem, ışık hasat kompleksleri ile çevrili bir reaksiyon merkezi kompleksinden (bir tür protein kompleksi) oluşur.

• Işık hasadı kompleksleri (proteinlere bağlı pigment molekülleri), fotonların enerjisini reaksiyon merkezine yönlendirir.

• Reaksiyon merkezindeki bir birincil elektron alıcısı, klorofil a'dan uyarılmış bir elektron kabul eder.

• Bir klorofil a molekülünden birincil elektron alıcısına bir elektronun güneş enerjisiyle aktarılması, ışık reaksiyonlarının ilk adımıdır.

• Tilakoid zarda iki tür fotosistem vardır: Fotosistem I (PS I) ve Fotosistem II (PS II)

• Bu sistemler keşfedilme sıralarına göre isimlendirilmişlerdir, fakat ışık reaksiyonlarında ilk olarak fotosistem II iş görür.

• Fotosistem II (PS II) önce iş görür ve 680 nm dalga boyundaki ışığı en iyi soğurur.

• Bu nedenle PS II'nin reaksiyon merkezindeki klorofil a, P680 olarak adlandırılır.

• Fotosistem I (PS I) 700 nm dalga boyundaki ışığı en iyi soğurur.

• Bu nedenle PS I'in reaksiyon merkezindeki klorofil a, P700 olarak adlandırılır.

Düz (Devirsiz) Elektron akışı

• Işık reaksiyonları sırasında, elektron akışı için düz (devirsiz) ve devirsel olmak üzere iki olası yol vardır.

• Birincil yol olan düz (devirsiz) elektron akışı, hem fotosistemleri içerir hem de ışık enerjisi kullanarak ATP ve NADPH üretir.

• Bir foton bir pigmente çarpar ve enerjisi, P680'i uyarana kadar pigment molekülleri arasında geçirilir.

• P680'den uyarılmış bir elektron birincil elektron alıcısına aktarılır.

• P680+(bir elektron eksik olan P680) çok güçlü bir oksitleyici ajandır.

• H2O enzimler tarafından bölünür ve elektronlar hidrojen atomlarından P680+'ya aktarılır, böylece P680+, P680'e indirgenir.

• Bu reaksiyonun bir yan ürünü olarak O2 salınır.

• Her elektron, PS II'nin birincil elektron alıcısından PS I'e bir elektron taşıma zincirinden "düşer".

• Düşüş tarafından salınan enerji, tilakoid zar boyunca bir proton gradyanı yaratılmasına neden olur.

• H+(protonlar) 'ın membranda difüzyonu ATP sentezini yönlendirir.

• PS I'de (PS II gibi), aktarılan ışık enerjisi, bir elektron alıcısına elektron kaybeden P700'ü uyarır.

• P700+(bir elektronu eksik olan P700), elektron taşıma zinciri aracılığıyla PS II'den geçen bir elektronu kabul eder.

• Her elektron, PS I'in birincil elektron alıcısından protein ferredoksine (Fd) bir elektron taşıma zincirinden aşağıya "düşer ".

• Elektronlar daha sonra NADP+ 'ya aktarılır ve NADPH'ye indirgenir.

• NADPH'nin elektronları, Kalvin döngüsünün reaksiyonları için kullanılır.

Devirsel Elektron akışı

• Devirsel elektron akışı yalnızca fotosistem I kullanır ve ATP üretir, ancak NADPH'yi kullanmaz.

• Devirsel elektron akışı, Kalvin döngüsündeki yüksek talebi karşılamak için fazla ATP üretir.

• Mor kükürt bakterileri gibi bazı organizmalarda PS I bulunur, ancak PS II yoktur.

• Devirsel elektron akışının düz ( devirsiz) elektron akışından önce geliştiği düşünülmektedir.

• Devirsel elektron akışı, hücreleri ışık kaynaklı hasarlardan koruyabilir.

Kloroplastlarda ve Mitokondride Kemiosmozun Karşılaştırması

• Kloroplastlar ve mitokondri, kemiosmoz yoluyla ATP üretir, ancak farklı enerji kaynakları kullanır.

• Mitokondri, kimyasal enerjiyi gıdalardan ATP'ye aktarır; kloroplastlar ışık enerjisini ATP'nin kimyasal enerjisine dönüştürür.

• Kemiosmozun lokasyonsal organizasyonu, kloroplastlar ve mitokondri arasında farklılık gösterir, ancak aynı zamanda benzerlikler gösterir.

• Mitokondride protonlar, zarlar arası boşluğa pompalanır ve mitokondriyal matrise geri yayılırken ATP sentezini yürütür.

• Kloroplastlarda, protonlar tilakoid boşluğa pompalanır ve stromaya geri yayılırken ATP sentezini yürütür.

• ATP ve NADPH, Kalvin döngüsünün gerçekleştiği stromaya bakan tarafta üretilir.

• Özetle, ışık reaksiyonları ATP üretir ve elektronları H2O 'dan NADPH'ye taşıyarak potansiyel enerjisini arttırır.

Kalvin döngüsü, ATP ve NADPH’deki kimyasal enerjisi CO2’in indirgenmesinde kullanılır.

• Kalvin döngüsü, sitrik asit döngüsü gibi, moleküller döngüye girip çıktıktan sonra başlangıç materyalini yeniden oluşturur.

• Döngü, ATP ve NADPH tarafından taşınan elektronların indirgeme gücünü kullanarak daha küçük moleküllerden şeker oluşturur.

• Karbon, döngüye CO2 olarak girer ve gliseraldehit 3-fosfat (G3P) adlı bir şeker olarak ayrılır.

• 1 G3P'nin net sentezi için, döngü üç kez gerçekleştirilmeli ve 3 molekül CO2 sabitlenmelidir.

• Kalvin döngüsünün üç aşaması vardır

– Karbon fiksasyonu (Rubisko tarafından katalizlenir)

– İndirgenme

– CO2 alıcısının (RuBP) yenilenmesi

Sıcak ve kurak iklimli bölgelerde alteranatif karbon fiksasyonu mekanizmaları ortaya çıkmıştır.

• Dehidrasyon bitkiler için bir sorundur ve bazen diğer metabolik süreçlerle, özellikle fotosentezle değiş tokuş yapılmasını gerektirir.

• Sıcak ve kuru günlerde bitkiler stomaları kapatır, bu da H2O 'yu korur, ancak aynı zamanda fotosentezi de sınırlar.

• Stomaların kapanması CO2 'ye erişimi azaltır ve O2 birikmesine neden olur.

• Bu koşullar, fotorespirasyon adı verilen, görünüşte savurgan bir süreci destekler.

Fotorespirasyon (ışık solunumu): Evrimsel bir kalıntı

• Çoğu bitkide (C3 bitkileri), rubisco aracılığıyla CO2 'nin ilk fiksasyonu, üç karbonlu bir bileşik oluşturur.

• Fotorespirasyonda rubisko, Kalvin döngüsünde CO2 yerine O2 ekler.

• Fotorespirasyon O2 ve organik yakıtı tüketir ve ATP veya şeker üretmeden CO2 salar.

• Fotorespirasyon evrimsel bir kalıntı olabilir çünkü rubisko ilk olarak atmosferin çok daha az O2 ve daha fazla CO2 içerdiği bir zamanda gelişmiştir.

• Fotorespirasyon, Kalvin döngüsünün yokluğunda oluşan hafif reaksiyonların zarar verici ürünlerini sınırlar.

• Birçok bitkide fotorespirasyon bir sorundur çünkü sıcak ve kuru bir günde Kalvin döngüsü tarafından sabitlenmiş karbonun %50'sine kadarını çekebilir.

C4 Bitkileri

• C4 bitkileri, CO2 'yi mezofil hücrelerindeki dört karbonlu bileşiklere dahil ederek fotorespirasyon maliyetini en aza indirir.

• Bu adım, PEP karboksilaz enzimini gerektirir.

• PEP karboksilaz, Rubisko'nun yaptığından daha yüksek bir CO2 afinitesine sahiptir; CO2 konsantrasyonları düşük olduğunda bile CO2 'yi sabitleyebilir.

• Bu dört karbonlu bileşikler, daha sonra Kalvin döngüsünde kullanılan CO2 'yi saldıkları demet kını hücrelerine ihraç edilir.

CAM Bitkileri

• Sukkulentler de dahil olmak üzere bazı bitkiler, karbonu sabitlemek için crassulacean asit metabolizmasını (CAM) kullanır.

• CAM bitkileri stomalarını geceleri açar ve CO2 'yi organik asitlere dahil eder.

• Stoma gün içinde kapalı durumdadır ve gece organik asitlere eklenen CO2 organik asitlerden ayrışır ve Kalvin döngüsünde kullanılır.

Fotosentezin önemi: Bir özet

• Kloroplastlara güneş ışığı olarak giren enerji, organik bileşiklerde kimyasal enerji olarak depolanır.

• Kloroplastlarda üretilen şeker, hücrelerin organik moleküllerini sentezlemek için kimyasal enerji ve karbon iskeleti sağlar.

• Bitkiler fazla şekeri kökler, yumru kökler, tohumlar ve meyveler gibi yapılarda nişasta olarak depolar.

• Gıda üretimine ek olarak, fotosentez atmosferimizde O2 üretir.

HÜCRE SOLUNUMU VE FERMENTASYON

Yaşamak iş yapmaktır.

• Canlı hücreler birçok işi yapabilmek için, dış kaynaklardan enerji elde etmek zorundadırlar.

• Enerji ekosisteme güneş ışığı olarak girer ve ekosistemden ısı olarak çıkar. Buna karşılık canlılık için zorunlu olan kimyasal elementler çevrime uğrar.

• Fotosentez, hücresel solunumda kullanılan O2 ve organik molekülleri oluşturur.

• Hücreler iş yapabilmek için organik moleküllerde depolanan kimyasal enerjiyi ATP’ye dönüştürür.

Katabolik yollar organik yakıtları oksitleyerek enerji verir.

Katabolik yollar ve ATP üretimi

• Organik moleküllerin yıkımı ekzergoniktir.

• Fermentasyon şekerlerin ya da diğer organik yakıtların oksijen kullanmaksızın kısmen yıkıldığı katabolik bir süreçtir.

• Aerobik solunum organik molekülleri ve oksijeni kullanarak ATP üretilen bir süreçtir.

• Anaerobik solunum ise aerobik solunuma benzer fakat oksijen dışında kalan farklı bileşikler kullanılır.

• Hücre solunumu terimi hem aerobik hem de anaerobik süreçleri kapsar ama genellikle aerobik solunumu ifade etmek için kullanılır.

• Her ne kadar karbonhidratlar, yağlar ve proteinler yakıt olarak kullanılsa da, hücre solunumunu takip etmek için glukozu takip etmek kolaylık sağlayacaktır:

C6H12O6 + 6 O2 → 6 CO2 + 6 H2O + Enerji (ATP + ısı)

Redoks Tepkimeleri: Oksidasyon ve Redüksiyon

• Kimyasal reaksiyonlar sırasında elektronların transferi, organik moleküllerde depolanan enerjiyi serbest bırakır.

• Sonuçta, açığa çıkan bu enerji ATP'yi sentezlemek için kullanılır.

Redoksun prensibi

• Reaktantlar arasında elektron transfer eden kimyasal reaksiyonlara oksidasyon-redüksiyon reaksiyonları veya redoks reaksiyonları denir.

• Bir redoks tepkimesinde bir bileşiğin elektron kaybetmesine oksidasyon, bir başka bileşiğe elektronların eklenmesine ise redüksiyon denir.

• Elektron eklenmesi redüksiyon olarak adlandırılır; çünkü bir atoma eklenen elektronlar atomun pozitif yükünün miktarını azaltır.

• Genelleştirilmiş tepkimedeki elekton vericisi redükleyici ajan olarak adlandırılır ve verilen elektronları kabul eden bileşiği redükler.

• Elektronları kabul eden bileşik ise oksitleyici ajandır ve redükleyici ajandan elektronları uzaklaştırarak onu oksitler.

• Redoks tepkimelerinin hepsi bir bileşikten diğerine elektron aktarımını içermez; bazı redoks tepkimeleri kovalent bağlardaki elektron paylaşımının derecesini değiştirir.

• Metan ve oksijen arasındaki tepkime buna bir örnektir.

Organik yakıt moleküllerinin hücre solunumu sırasında oksidasyonu

• Hücresel solunum sırasında, yakıt (glikoz gibi) oksitlenir ve O2 redüklenir.

NAD+ ve Elektron taşıma zinciri aracılığı ile adım adım enerji eldesi

• Hücresel solunumda, glikoz ve diğer organik moleküller tek bir basamakta oksitlenmez, her biri bir enzim tarafından katalizlenen basamaklarda yıkılırlar.

• Organik bileşiklerden gelen elektronlar genellikle ilk önce bir koenzim olan NAD+'ya aktarılır.

• Bir elektron alıcısı olarak NAD+ , hücresel solunum sırasında oksitleyici bir ajan olarak işlev görür.

• Her NADH (indirgenmiş NAD+ formu), ATP'yi sentezlemek için kullanılan depolanmış enerjiyi temsil eder.

• NADH elektronları elektron taşıma zincirine geçirir.

• Kontrolsüz bir reaksiyonun aksine, elektron taşıma zinciri elektronları tek bir yüksek enerjili reaksiyon yerine bir dizi basamakta geçirir.

• O2, enerji veren bir düşürme ile elektronları zincirden aşağı çeker.

• Elde edilen enerji ATP'yi yeniden oluşturmak için kullanılır.

Hücre solunumunun aşamaları:

• Hücre solunumu ile glukozdan enerji eldesi üç metabolik aşamanın birlikte gerçekleştiği bir işlevdir:

– Glikoliz (glikozu iki piruvat molekülüne ayırır)

– Sitrik asit döngüsü (glikozun parçalanmasını tamamlar)

– Oksidatif fosforilasyon (ATP sentezinin çoğunu açıklar)

• ATP'nin çoğu oksidatif fosforilasyon ile üretilir çünkü oksidatif fosforilasyon redoks reaksiyonları tarafından desteklenir.

• Oksidatif fosforilasyon, hücresel solunum tarafından üretilen ATP'nin yaklaşık % 90’ının üretiminden sorumludur.

• Substrat seviyesinde fosforilasyon ile glikolizde ve sitrik asit döngüsünde daha az miktarda ATP oluşur.

• Solunum yoluyla CO2 ve suya bozunan her glikoz molekülü için hücre, 32 molekül ATP üretir.

Glikoliz glukozu pirüvata oksitleyerek enerji verir.

• Glikoliz ("şekerin parçalanması"), glikozu iki piruvat molekülüne yıkar.

• Glikoliz sitoplazmada meydana gelir ve iki evreye sahiptir:

– Enerji harcanan evre

– Enerji geri ödemesi yapılan evre

• Glikoliz, O2 mevcut olsun veya olmasın meydana gelir.

Pirüvat okside edildikten sonra, sitrik asit döngüsü organik moleküllerin enerji veren oksidasyonunu tamamlar.

• O2 varlığında piruvat, glikoz oksidasyonunun tamamlandığı mitokondriye (ökaryotik hücrelerde) girer.

Pirüvatın Asetil CoA’ya oksidasyonu

• Sitrik asit döngüsünün başlayabilmesi için piruvat, glikolizi sitrik asit döngüsüne bağlayan asetil Koenzim A'ya (asetil CoA) dönüştürülmelidir.

• Bu adım, üç reaksiyonu katalize eden bir çoklu enzim kompleksi tarafından gerçekleştirilir.

Sitrik Asit Döngüsü

• Krebs döngüsü olarak da adlandırılan sitrik asit döngüsü, piruvatın CO2’ye yıkımındaki girdileri ve çıktıları özetler.

• Döngü, piruvattan türetilen organik yakıtı oksitleyerek, tur başına 1 ATP, 3 NADH ve 1 FADH2 üretir.

• Sitrik asit döngüsü, her biri belirli bir enzim tarafından katalize edilen sekiz basamağa sahiptir.

• Asetil CoA'nın asetil grubu, oksaloasetat ile birleşerek sitrat oluşturarak döngüye katılır.

• Sonraki yedi adım sitratı tekrar oksaloasetata yıkar ve süreci bir döngü haline getirir.

• Döngüde üretilen NADH ve FADH2 besinlerden elektron taşıma zincirine aktarılan elektronların yerine konması için kullanılır.

Oksidatif fosforilasyon sırasında, kemiozmos elektron taşınmasını ATP sentezi ile eşleştirir.

• Glikoliz ve sitrik asit döngüsünün ardından, NADH ve FADH2, glukozdan özütlenen enerjinin büyük kısmından sorumludurlar.

• Bu iki elektron taşıyıcı, elektronlarını oksidatif fosforilasyon yoluyla ATP sentezinde kullanılmak üzere elektron taşıma zincirine bağışlar.

Elektron taşıma yolu

• Elektron taşıma zinciri, mitokondrinin iç zarında (cristae) bulunur.

• Zincirin bileşenlerinin çoğu, multiprotein kompleksleri şeklinde bulunan proteinlerdir.

• Taşıyıcılar, elektron kabul edip bağışlarken redüklenmiş ve oksitlenmiş durumları değiştirirler.

• Elektronlar zincirden aşağı inerken serbest enerji düşer ve sonunda elektronlar O2 'ye geçerek H2O oluşturur.

• Elektronlar NADH veya FADH2 'den elektron taşıma zincirine aktarılır.

• Elektronlar, sitokromlar (her biri bir demir atomuna sahip) dahil olmak üzere bir dizi proteinden O2'ye geçirilir.

• Elektron taşıma zinciri doğrudan ATP üretmez.

• Bu zincirin işlevi elektronların besinden oksijene düşmesini kolaylaştırmak ve serbest enerjideki büyük düşüşü bir seri küçük basamağa bölerek, kullanılabilir miktarda enerji açığa çıkmasını sağlamaktır.

Kemiozmos: Enerji-Eşleşme Mekanizması

• Elektron taşıma zincirindeki elektron transferi, proteinlerin H+ 'yı mitokondriyal matriksten zarlar arası boşluğa pompalamasına neden olur.

• Böylece bir H+ gradiyenti oluşur.

• ATP sentaz bu gradiyenti ATP üretiminde kullanır.

• Bu, hücresel işleri yapmak için H+ gradiyentinin enerjisinin kullanımı olan kemiozmosun bir örneğidir.

• Bir membran boyunca H+ gradyanında depolanan enerji, elektron taşıma zincirinin redoks reaksiyonlarını ATP senteziyle birleştirir.

• H+ gradyanı, iş yapma kapasitesini vurgulayan bir proton motiv güç olarak adlandırılır.

Hücre solunumu ile üretilen ATP’nin hesaplanması

• Hücre solunumu sırasında enerjinin büyük kısmının akış yönü;

glukoz → NADH → elektron taşıma zinciri→ proton-motiv güç (H+ gradyanı) → ATP şeklindedir.

• Bir glikoz molekülündeki enerjinin yaklaşık % 34'ü hücresel solunum sırasında ATP'ye aktarılır ve bu da yaklaşık 32 ATP yapar.

• ATP sayısının tam olarak bilinmemesinin birkaç nedeni vardır.

Fermentasyon ve anaerobik solunum hücrelerin oksijen kullanmaksızın ATP üretmesini sağlar.

• Çoğu hücresel solunum ATP üretmek için O2 gerektirir.

• O2 olmadan elektron taşıma zinciri çalışmayı durdurur.

• Bu durumda, glikoliz, ATP üretmek için fermentasyon veya anaerobik solunumla birlikte çalışır.

• Anaerobik solunum, örneğin sülfat gibi O2 dışında bir son elektron alıcısı olan elektron taşıma zinciri kullanır.

• Fermantasyon, ATP üretmek için bir elektron taşıma zinciri yerine substrat seviyesinde fosforilasyon kullanır.

Fermentasyon Tipleri

• Fermantasyon, glikoliz ile birlikte, glikoliz ile yeniden kullanılabilen NAD+'ı yeniden oluşturan reaksiyonlardan oluşur.

• Fermantasyonun en yayın iki türü yaygın alkol fermantasyonu ve laktik asit fermantasyonudur.

• Alkol fermantasyonunda piruvat, ilk olarak CO2 salınmasıyla başlayan iki aşamada etanole dönüştürülür.

• Maya ile alkol fermantasyonu, bira yapımında, şarap yapımında ve hamur mayalanmasında kullanılır.

• Laktik asit fermantasyonunda piruvat, CO2 salınımı olmaksızın son ürün olarak laktat oluşturarak NADH'ye indirgenir.

• Bazı mantarlar ve bakteriler tarafından yapılan laktik asit fermantasyonu peynir ve yoğurt yapmak için kullanılır.

• İnsan kas hücreleri, O2 yetersiz olduğunda ATP üretmek için laktik asit fermantasyonunu kullanır.

Fermentasyonun anaerobik ve aerobik solunum ile karşılaştırılması

• Hepsi glikozu oksitlemek ve gıdanın kimyasal enerjisini toplamak için glikoliz (net ATP = 2) kullanır.

• Üçünde de NAD+ glikoliz sırasında elektronları kabul eden oksitleyici ajandır.

• Her birinin fermantasyonda organik bir molekül (piruvat veya asetaldehit gibi) ve hücresel solunumda O2 gibi farklı son elektron alıcıları vardır.

• Hücresel solunumda, glikoz molekülü başına 32 ATP üretilirken; fermantasyonda, glikoz molekülü başına 2 ATP üretilir .

-

• Zorunlu anaeroblar fermantasyon veya anaerobik solunum gerçekleştirir ve O2 varlığında yaşayamazlar.

• Maya ve birçok bakteri fakültatif anaeroblardır, yani fermantasyon veya hücresel solunum yoluyla hayatlarını devam ettirirler.

• Bir fakültatif anaerobda piruvat, metabolik yoldaki iki alternatif katabolik yola giden bir ayrımdadır.

Glikolizin evrimsel önemi

• Antik prokaryotların, atmosferde oksijen olmadan çok önce glikoliz kullandığı düşünülmektedir.

• Atmosferde yaklaşık 2,7 milyar yıl öncesine kadar çok az O2 mevcut olduğu, bu nedenle erken prokaryotların muhtemelen ATP oluşturmak için sadece glikoliz kullandığı düşünülmektedir.

• Bu nedenle glikolizin çok eski bir süreç olduğu düşünülmektedir.

Glikoliz ve sitrik asit döngüsü çok sayıda başka metabolik yol ile bağlantılıdır.

• Glikoliz ve sitrik asit döngüsü, çeşitli katabolik ve anabolik yolların ana kesişimleridir.

Katabolizmanın çeşitliliği

• Katabolik yollar, elektronları birçok organik molekül türünden hücresel solunuma aktarır.

• Glikoliz, çok çeşitli karbonhidratları kullanabilir.

• Proteinler amino asitlere yıkılmalıdır; amino grupları glikoliz veya sitrik asit döngüsünü besleyebilir.

• Yağlar gliserol (glikolizde kullanılır) ve yağ asitleri (asetil CoA oluşturmada kullanılır) ile sindirilir.

• Yağ asitleri beta oksidasyonla parçalanır ve asetil CoA verir.

• Oksitlenmiş bir gram yağ, oksitlenmiş bir gram karbonhidratın iki katından fazla ATP üretir.

Biyosentez (Anabolik Yollar)

• Vücut, diğer maddeleri oluşturmak için küçük moleküller kullanır.

• Bu küçük moleküller doğrudan gıdalardan, glikolizden veya sitrik asit döngüsünden elde edilebilir.

Hücre solunumunun geri bildirimli mekanizmalar ile kontrolü

• Geri bildirimli inhibisyon, kontrol için en yaygın mekanizmadır.

• ATP konsantrasyonu düşmeye başlarsa, solunum hızlanır; bol miktarda ATP olduğunda solunum yavaşlar.

• Katabolizmanın kontrolü, esas olarak katabolik yoldaki stratejik noktalarda görev yapan enzimlerin aktivitesinin düzenlemesine dayanır.

MENDEL VE GEN FİKRİ

Özelliklerin ebeveynlerden yavrulara geçmesini sağlayan genetik ilkeler nelerdir?

Karıştırma hipotezi: iki ebeveynden gelen genetik materyalin birbirine karıştığı fikri. (mavi ve sarı boya karışımının yeşil olması)

Parçacık hipotezi: ebeveynlerin ayrık kalıtsal birimleri (genler) aktardığı fikri.

Parçacık hipotezi, birkaç nesil sonra özelliklerin tekrar ortaya çıkışını açıklayabilir.

Mendel, bahçe bezelyeleriyle yaptığı deneyde parçacık mekanizmasını belgeledi.

Mendel kalıtımın temel ilkelerini bilimsel yaklaşım ile keşfetti.

Bezelye bitkisinin genetik çalışma için avantajları:

• Farklı kalıtsal özelliklere veya karakterlere sahip birçok çeşidi var. (Karakter: çiçeğin rengi, karakter varyantı: özellik)

• Bitkilerin çiftleşmesi kontrol edilebilir.

• Her bezelye bitkisinin hem stamenleri hem karpelleri var.

• Çapraz tozlaşma yapılabilir.

Mendel yalnızca iki farklı alternatif biçimde meydana gelen karakterleri izlemeyi seçti.

Ayrıca arıdöl veren çeşitler kullandı. (Kendi kendine tozlaştıklarından aynı türden yavrular üreten bitkiler)

Tipik bir deneyde Mendel, iki zıt, arı döl üreten çeşidi çiftleştirdi. Buna hibridizasyon dedi.

Ayrılma Yasası

• Mendel zıt, arıdöl beyaz ve mor çiçekli bezelye bitkilerini çaprazladığında, F1 melezlerinin tümü mordu.

• Mendel F1 melezlerini çaprazladığında, F2 bitkilerinin çoğunda mor çiçekler vardı, ancak bazılarında beyaz çiçekler vardı.

• Mendel, F2 neslinde yaklaşık üçe bir mor ve beyaz çiçek oranını keşfetti.

• Mendel, F1 melezlerinde sadece mor çiçek faktörünün çiçek rengini etkilediğini düşündü.

• Mendel, mor çiçek rengini baskın bir özellik ve beyaz çiçek rengini çekinik bir özellik olarak adlandırdı.

• Mendel, her biri iki özellikle temsil edilen altı bezelye bitkisi karakterinde aynı kalıtım modelini gözlemledi.

• Mendel'in "kalıtsal faktör" dediği şey, şimdi gen olarak adlandırılmaktadır.

Mendel'in Modeli

• Mendel, F2 yavrularında gözlemlediği 3:1 kalıtım modelini açıklamak için bir hipotez geliştirdi.

• Bu modeli oluşturan dört ilgili kavram vardır.

• Bu kavramlar, şimdi genler ve kromozomlar hakkında bildiklerimizle ilgili olabilir.

• İlk kavram, genlerin alternatif versiyonlarının kalıtsal karakterlerdeki varyasyonları hesaba katmasıdır.

• Örneğin, bezelye bitkilerinde çiçek rengi geni, biri mor çiçekler ve diğeri beyaz çiçekler için olmak üzere iki versiyonda mevcuttur.

• Bir genin bu alternatif versiyonları artık alel olarak adlandırılmaktadır.

• Her gen, belirli bir kromozom üzerinde belirli bir lokusta bulunur.

• İkinci kavram, her karakter için bir organizmanın her bir ebeveynden bir tane olmak üzere iki alel miras almasıdır.

• Mendel, kromozomların rolünü bilmeden bu çıkarımı yapmıştır.

• Bir kromozom üzerindeki bir lokustaki iki alel, Mendel'in P neslinin saf soy üreten bitkilerinde olduğu gibi aynı olabilir.

• Alternatif olarak, bir lokustaki iki alel, F1 hibritlerinde olduğu gibi farklılık gösterebilir.

• Üçüncü kavram, bir lokustaki iki alel farklıysa, o zaman birinin (başat alel) organizmanın görünümünü belirlemesi ve diğerinin (çekinik alel) görünüm üzerinde fark edilebilir bir etkisinin olmamasıdır.

• Çiçek rengi örneğinde, F1 bitkilerinde mor çiçekler görülmesinin nedeni bu özelliğin alellerinin baskın olmasıdır.

• Şimdi ayrılma kuralı olarak bilinen dördüncü kavram, kalıtsal bir karakter için iki alelin gamet oluşumu sırasında ayrıldığını ve farklı gametlerde sonlandığını belirtir.

• Böylece, bir yumurta veya sperm, bir organizmanın somatik hücrelerinde bulunan iki alelden sadece birini alır.

• Alellerin bu ayrımı, mayoz bölünmede homolog kromozomların farklı gametlere dağılımına karşılık gelir.

• Mendel’in ayrılma modeli, sayısız çaprazlamalarının sonucunda elde ettiği F2 neslinde gözlemlediği 3:1 oranını açıklar.

• Sperm ve yumurtanın olası kombinasyonları, bilinen genetik yapıya sahip bireyler arasındaki genetik çaprazlamanın sonuçlarını tahmin etmeye yönelik bir diyagram olan Punnett karesi kullanılarak gösterilebilir.

• Büyük harf başat bir aleli temsil eder ve küçük harf çekinik bir aleli temsil eder.

Yararlı Genetik Sözlüğü

• Bir karakter için iki özdeş alleli olan bir organizmanın, o karakteri kontrol eden gen için homozigot olduğu söylenir.

• Bir gen için iki farklı alele sahip olan bir organizmanın, o karakteri kontrol eden gen için heterozigot olduğu söylenir.

• Homozigotlardan farklı olarak heterozigotlar arıdöl değildir.

• Başat ve çekinik alellerin farklı etkileri nedeniyle, bir organizmanın özellikleri her zaman genetik bileşimini ortaya çıkarmaz.

• Bu nedenle, bir organizmanın fenotipi veya fiziksel görünümü ile genotipi veya genetik yapısı arasında ayrım yaparız.

• Bezelye bitkilerinde çiçek rengi örneğinde, PP ve Pp bitkileri aynı fenotipe (mor) ancak farklı genotiplere sahiptir.

Test çaprazı

• Baskın fenotipe sahip bir bireyin genotipini nasıl anlarız?

• Böyle bir birey ya homozigot baskın ya da heterozigot olabilir.

• Cevap, gizemli bireyi homozigot çekinik bir bireyle çiftleştirecek bir test çaprazlaması yapmaktır.

• Herhangi bir yavru çekinik fenotip gösteriyorsa, gizemli ebeveyn heterozigot olmalıdır.

Bağımsız Açılım Kuralı

• Mendel, tek bir karakter izleyerek Bağımsız Açılım Kuramı’nı türetmiştir.

• Bu çaprazlamada üretilen F1 yavruları, bir karakter için heterozigot olan bireyler olan monohibritlerdi.

• Bu tür heterozigotlar arasındaki çaprazlama monohibrit çaprazlama olarak adlandırılır.

• Mendel, aynı anda iki karakteri takip ederek ikinci kalıtım yasasını belirledi.

• İki karakterde farklılık gösteren arıdöl üreten iki ebeveynin çaprazlanması, F1 neslinde her iki karakter için de heterozigot olan dihibritler üretir.

• Bir dihibrit çaprazlama, F1 dihibritleri arasındaki, iki karakterin yavrulara birlikte mi yoksa bağımsız olarak mı iletildiğini belirleyebilir.

• Mendel, bir dihibrit çaprazlama kullanarak bağımsız açılım kuramını geliştirdi.

• Bağımsız açılım kuramı, gamet oluşumu sırasında her bir alel çiftinin birbirinden bağımsız olarak ayrıldığını belirtir.

• Kesin olarak konuşursak, bu yasa sadece farklı, homolog olmayan kromozomlardaki genler için geçerlidir.

• Aynı kromozom üzerinde birbirine yakın bulunan genler birlikte kalıtsal olma eğilimindedir.

Mendel kalıtımında olasılık kuralları geçerlidir.

• Mendel'in ayrılma ve bağımsız açılım yasaları, olasılık kurallarını yansıtır.

• Bir jeton atıldığında, bir atışın sonucunun bir sonraki atışın sonucu üzerinde hiçbir etkisi yoktur.

• Aynı şekilde, bir genin alelleri, başka bir genin alellerinden bağımsız olarak gametlere ayrılır.

Monohibrit Çaprazlamalara Uygulanan Çarpma ve Toplama Kuralları

• Çarpma kuralı, iki veya daha fazla bağımsız olayın birlikte meydana gelme olasılığının bireysel olasılıklarının ürünü olduğunu belirtir.

• Bir F1 monohibrit çaprazındaki olasılık, çarpma kuralı kullanılarak belirlenebilir.

• Heterozigot bir bitkide ayrılma, yazı tura atmaya benzer: Her gametin, baskın aleli taşıma şansı 1/2 ve çekinik aleli taşıma şansı 1/2'dir.

• Toplama kuralı, iki veya daha fazla özel olaydan herhangi birinin meydana gelme olasılığının, bireysel olasılıklarının bir araya getirilmesiyle hesaplandığını belirtir.

• Ekleme kuralı, bir monohibrit çaprazlamadan elde edilen bir F2 bitkisinin homozigot yerine heterozigot olma olasılığını bulmak için kullanılabilir.

Karmaşık Genetik Problemlerin Çözümünde Olasılık Kurallarının Kullanılması

• Birden çok karakter içeren çaprazların sonucunu tahmin etmek için çarpma ve toplama kurallarını uygulayabiliriz.

• Bir dihibrit veya diğer çok karakterli çapraz, aynı anda meydana gelen iki veya daha fazla bağımsız monohibrit çaprazlamaya eşdeğerdir.

• Çeşitli genotiplerin şansı hesaplanırken, her karakter ayrı ayrı ele alınır ve daha sonra bireysel olasılıklar birlikte çarpılır.

• Genotip ve fenotip arasındaki ilişki nadiren Mendel'in incelediği bezelye bitkisi karakterlerindeki kadar basittir.

• Birçok kalıtsal karakter, iki alleli olan tek bir gen tarafından belirlenmez.

• Bununla birlikte, temel ayrılma ve bağımsız açılım ilkeleri, daha karmaşık kalıtım tarzları için bile geçerlidir.

Tek Bir Gen İçin Genişletilmiş Mendel Genetiği

• Karakterlerin tek bir gen tarafından kalıtımı, aşağıdaki durumlarda basit Mendel modellerinden sapabilir:

– Aleller tamamen baskın veya çekinik olmadığında

– Bir genin ikiden fazla alleli olduğunda

– Bir gen birden fazla fenotip ürettiğinde

Başatlığın Dereceleri

• Heterozigot ve baskın homozigotun fenotipleri aynı olduğunda tam baskınlık oluşur.

• Eksik baskınlıkta, F1 melezlerinin fenotipi, iki ebeveyn çeşidinin fenotipleri arasında bir yerdedir.

• Eşbaskınlıkta, iki baskın alel, fenotipi ayrı, ayırt edilebilir yollarla etkiler.

Baskınlık ve Fenotip arasındaki ilişki

• Başat bir alel, çekinik bir aleli kontrol altına almaz; aleller bu şekilde etkileşime girmez.

• Aleller, bir genin nükleotid dizisindeki basit varyasyonlardır.

• Herhangi bir karakter için alellerin baskınlık/çekiniklik ilişkileri fenotipi incelediğimiz düzeye bağlıdır.

• Tay-Sachs hastalığı ölümcüldür; işlevsiz bir enzim beyinde lipid birikimine neden olur

– Organizma düzeyinde, alel çekiniktir.

– Biyokimyasal seviyede fenotip (yani enzim aktivite seviyesi) tam olarak baskın değildir.

– Moleküler düzeyde, aleller eşbaskındır

Başat Alellerin Frekansı

• Başat aleller, popülasyonlarda çekinik alellerden daha yaygın değildir.

• Örneğin, Amerika Birleşik Devletleri'nde 400 bebekten biri fazladan el veya ayak parmaklarıyla doğar.

• Bu olağandışı özelliğin alel, uzantı başına beş basamaklı daha yaygın özellik için alel için baskındır.

• Bu örnekte, çekinik alel, popülasyonun baskın alelinden çok daha yaygındır.

Çoklu Aleller

• Çoğu gen, popülasyonlarda ikiden fazla alelik formda bulunur.

• Örneğin, insanlarda ABO kan grubunun dört fenotipi, A veya B karbonhidratlarını kırmızı kan hücrelerine bağlayan enzim (I) için üç alel tarafından belirlenir: IA, IB, ve i.

• IA aleli tarafından kodlanan enzim A karbonhidratını eklerken, IB aleli tarafından kodlanan enzim B karbonhidratını ekler; i aleli tarafından kodlanan enzim hiçbirini eklemez.

Pleiotropi

• Çoğu genin, pleiotropi adı verilen bir özellik olan çoklu fenotipik etkileri vardır.

• Örneğin, pleiotropik aleller, kistik fibroz ve orak hücre hastalığı gibi belirli kalıtsal hastalıkların çoklu semptomlarından sorumludur.

İki ya da Daha Fazla Gen için Genişletilmiş Mendel Genetiği

• Bazı özellikler iki veya daha fazla gen tarafından belirlenebilir.

Epistasi

• Epistaside, bir lokustaki bir gen, ikinci bir lokustaki bir genin fenotipik ifadesini değiştirir.

• Örneğin, farelerde ve diğer birçok memelide tüy rengi iki gene bağlıdır.

• Bir gen pigment rengini belirler (siyah için B alelleri ve kahverengi için b alelleri ile)

• Diğer gen (renk için C ve renk için c alelleri ile birlikte) pigmentin saçta birikip birikmeyeceğini belirler.

Poligenik kalıtım

• Nicel karakterler, bir süreklilik boyunca popülasyonda değişen karakterlerdir.

• Nicel varyasyon genellikle poligenik kalıtımı, iki veya daha fazla genin tek bir fenotip üzerindeki katkı etkisini gösterir.

• İnsanlarda ten rengi poligenik kalıtımın bir örneğidir.

Doğa ve Sonradan edinilen: Fenotip Üzerinde Çevrenin Etkisi

• Mendel genetiğinden bir başka sapma, bir karakterin fenotipinin genotipin yanı sıra çevreye de bağlı olduğu durumlarda ortaya çıkar.

• Reaksiyon normu, çevreden etkilenen bir genotipin fenotipik aralığıdır.

• Örneğin, aynı genotipteki ortanca çiçekleri, toprak asitliğine bağlı olarak mavi-mordan pembeye değişir.

• Reaksiyon normları genellikle poligenik karakterler için en geniştir.

• Bu tür karakterlere çok faktörlü denir çünkü genetik ve çevresel faktörler toplu olarak fenotipi etkiler.

Kalıtım ve Varyasyonun Mendel Görüşünde Bütünleşmesi

• Bir organizmanın fenotipi, fiziksel görünümünü, iç anatomisini, fizyolojisini ve davranışını içerir.

• Bir organizmanın fenotipi, onun genel genotipini ve benzersiz çevresel geçmişini yansıtır.

—

• İnsanlar genetik araştırmalar için iyi denekler değildir çünkü;

– Üreme süresi çok uzundur

– Ebeveynler nispeten az sayıda yavru üretir

– Çiftleşme deneyleri kabul edilemez

• Bununla birlikte, temel Mendel genetiği, insan genetiğinin temeli olarak varlığını sürdürür.

Soyağacı Analizi

• Soyağacı, nesiller boyunca ebeveynlerin ve çocukların karşılıklı ilişkilerini tanımlayan bir aile ağacıdır.

• Belirli özelliklerin kalıtım kalıpları, soyağacı kullanılarak izlenebilir ve tanımlanabilir.

• Soyağacı, gelecekteki yavrular hakkında tahminlerde bulunmak için de kullanılabilir.

• Belirli fenotiplerin olasılığını tahmin etmek için çarpma ve toplama kurallarını kullanabiliriz.

Çekinik olarak Kalıtılan hastalıklar

• Birçok genetik bozukluk çekinik bir şekilde kalıtılır.

• Bunlar nispeten hafif ile yaşamı tehdit edici arasında değişir.

Çekinik Alellerin Davranışı

• Çekinik olarak kalıtılan bozukluklar, yalnızca allel için homozigot olan bireylerde ortaya çıkar.

• Taşıyıcılar, çekinik alel taşıyan ancak fenotipik olarak normal olan (yani pigmentli) heterozigot bireylerdir.

• Albinizm, ciltte ve saçta pigmentasyon eksikliği ile karakterize resesif bir durumdur.

• Bir hastalığa neden olan çekinik bir alel nadir ise, o zaman iki taşıyıcının karşılaşma ve çiftleşme şansı düşüktür.

• Akraba evlilikleri (yani, yakın akrabalar arasındaki evlilikler), aynı nadir alelin iki taşıyıcısı arasında çiftleşme şansını arttırır.

• Çoğu toplum ve kültürün yakın akrabalar arasındaki evliliklere karşı yasaları veya tabuları vardır.

Kistik fibrozis

• Kistik fibrozis, Amerika Birleşik Devletleri'ndeki en yaygın ölümcül genetik hastalıktır ve Avrupa kökenli her 2500 kişiden birini etkiler.

• Kistik fibrozis aleli, plazma membranlarında klorür taşıma kanallarının kusurlu veya eksik olmasına neden olur.

• Semptomlar, bazı iç organlarda mukus birikimini ve ince bağırsakta besinlerin anormal emilimini içerir.

Orak hücre hastalığı

• Orak hücre hastalığı 400 Afrikalı Amerikalıdan birini etkilemektedir.

• Hastalığa kırmızı kan hücrelerindeki hemoglobin proteinindeki tek bir amino asidin yer değiştirmesi neden olur.

• Homozigot bireylerde, tüm hemoglobinler anormaldir (orak hücreli).

• Belirtiler arasında fiziksel zayıflık, ağrı, organ hasarı ve hatta felç sayılabilir.

• Heterozigotlar (orak hücre özelliğine sahip olduğu söylenir) genellikle sağlıklıdır ancak bazı belirtiler gösterebilir.

• Yaklaşık on Afrikalı Amerikalıdan biri, homozigotlarda zararlı etkileri olan alışılmadık derecede yüksek bir alel frekansı olan orak hücre özelliğine sahiptir.

• Heterozigotlar sıtma parazitine daha az duyarlıdır, bu nedenle heterozigot olmanın bir avantajı vardır.

Baskın olarak Kalıtılan Hastalıklar

• Bazı insan bozukluklarına baskın aleller neden olur.

• Ölümcül bir hastalığa neden olan baskın aleller nadirdir ve mutasyonla ortaya çıkar.

• Akondroplazi, nadir görülen baskın bir alelin neden olduğu bir cücelik şeklidir.

Huntington hastalığı: Geç başlangıçlı bir öldürücü hastalık

• Bir hastalığın başlangıcının zamanlaması, kalıtımını önemli ölçüde etkiler.

• Huntington hastalığı, sinir sisteminin dejeneratif bir hastalığıdır.

• Birey yaklaşık 35 ila 40 yaşına gelene kadar hastalığın belirgin bir fenotipik etkisi yoktur.

• Sinir sisteminin bozulması başladığında, durum geri döndürülemez ve ölümcüldür.

Çok faktörlü hastalıklar

• Kalp hastalığı, diyabet, alkolizm, akıl hastalıkları ve kanser gibi birçok hastalığın hem genetik hem de çevresel bileşenleri vardır.

• Çoğu çok faktörlü hastalığa genetik katkı hakkında çok az şey anlaşılmıştır.

Genetik Testler ve Danışmanlık

• Genetik danışmanlar, belirli bir hastalık için aile öyküsü hakkında endişe duyan anne baba adaylarına bilgi sağlayabilir.

Mendel Genetiği ve Olasılık Kurallarına Dayalı Danışmanlık

• Aile geçmişlerini kullanan genetik danışmanlar, çiftlerin çocuklarının genetik bozukluklara sahip olma ihtimalini belirlemelerine yardımcı olur.

• Olasılıklar, o anda en doğru bilgi üzerinden tahmin edilir; Yeni bilgiler mevcut olduğu için tahmin edilen olasılıklar değişebilir.

Taşıyıcıların Belirlenmesi için Testler

• Artan sayıda hastalık için, taşıyıcıları tanımlayan ve olasılıkları daha doğru tanımlamaya yardımcı olan testler mevcuttur.

Fetal Test Yöntemleri

• Amniyosentezde fetusu yıkayan sıvı alınır ve test edilir.

• Koryon villus örneklemesinde (CVS), plasentadan bir örnek alınır ve test edilir.

• Ultrason ve fetoskopi gibi diğer teknikler, fetal sağlığın uteroda görsel olarak değerlendirilmesine olanak tanır.

Yenidoğanlarda Tarama Yöntemleri

• Bazı genetik bozukluklar, Amerika Birleşik Devletleri'ndeki çoğu hastanede rutin olarak uygulanan basit testlerle doğumda tespit edilebilir.

BİTKİLERİN İÇ VE DIŞ SİNYALLERE YANITLARI

•Kökleri toprağa dayanan bitkiler, karşılarına çıkan çevresel değişikliklere cevap vermelidir.

–Örneğin, bir fidenin ışığa doğru bükülmesi, ışığın yönünü, miktarını ve rengini algılamakla başlar.

Sinyal iletim yolları, algılanan sinyali bir yanıt ile birleştirir.

•Karanlıkta büyüyen bir patates, sağlıksız görünen sürgünler üretir ve uzun köklerden yoksundur.

•Bunlar karanlıkta büyümek için topluca etiolleşme olarak adlandırılan morfolojik uyarlamalardır.

•Işığa maruz kaldıktan sonra, bir patates, sürgünlerin ve köklerin normal şekilde büyüdüğü de- etiolleşme adı verilen değişikliklere uğrar.

•Bir patatesin ışığa tepkisi, hücre sinyali işlemenin bir örneğidir.

•Aşamalar algılama, sinyal iletimi ve yanıt verilmesidir.

Algılama

•İç ve dış sinyaller, belirli uyaranlara yanıt olarak değişen proteinler olan reseptörler tarafından algılanır.

•De-etiolleşmede, reseptör ışığı algılayabilen bir fitokromdur.

Sinyal İletimi

•İkincil haberciler, alıcılardan gelen sinyalleri yanıtlara neden olan proteinlere aktarır ve çoğaltır

•İki tür ikinci haberci (Ca²⁺ iyonları ve siklik GMP (cGMP) de-etiolleşmede önemli bir rol oynar.

•Fitokrom reseptörü ışığa;

–Sitozolde Ca²⁺ seviyelerini artıran Ca²⁺ kanallarının açılması

–cGMP üreten bir enzimi aktive etme tepkilerini verir

Yanıt Verilmesi

•Bir sinyal iletim yolu, bir veya daha fazla hücresel aktivitenin düzenlenmesine yol açar.

•Çoğu durumda, uyarıya verilen bu tepkiler, enzimlerin artan aktivitesini içerir.

•Bu, transkripsiyonel düzenleme veya translasyon sonrası modifikasyon ile ortaya çıkabilir.

Mevcut proteinlerin translasyon sonrası değişime uğratılmaları

•Translasyon sonrası değişimler, sinyal yanıtındaki mevcut proteinlerin modifikasyonunu içerir.

•Modifikasyon genellikle spesifik amino asitlerin fosforilasyonunu içerir.

•İkincil haberciler cGMP ve Ca²⁺, protein kinazları doğrudan aktive eder.

Transkripsiyonal düzenleme

•Spesifik transkripsiyon faktörleri, doğrudan DNA'nın spesifik bölgelerine bağlanır ve genlerin transkripsiyonunu kontrol eder.

•Bazı transkripsiyon faktörleri, spesifik genlerin transkripsiyonunu artıran aktivatörlerdir.

•Diğer transkripsiyon faktörleri, spesifik genlerin transkripsiyonunu azaltan baskılayıcılardır.

De-Etiolleşme(“Yeşerme”) Proteinleri

•De-etiolleşme enzimleri:

–Doğrudan fotosentezde işlev görür

–Klorofil üretimi için kimyasal öncüleri sağlar

–Büyümeyi düzenleyen bitki hormonlarının seviyelerini etkiler

Bitki hormonları bitkilerin büyüme, gelişme ve uyarılara verdikleri yanıtları koordine eder.

•Bitki hormonları, bir bitki içindeki bir veya daha fazla spesifik fizyolojik süreci değiştiren veya kontrol eden kimyasal sinyallerdir.

Bitki Hormonlarının Keşfi

•Organların bir uyarana doğru veya uyarandan uzaklaşmasıyla sonuçlanan herhangi bir tepkiye tropizma denir.

•1800'lerin sonlarında Charles Darwin ve oğlu Francis, bir bitkinin ışığa tepkisi olan fototropizma üzerine deneyler yaptılar.

•Bir çim fidesinin ancak koleoptilin ucu mevcutsa ışığa doğru bükülebileceğini gözlemlediler.

Bitki Hormonlarına Genel Bir Bakış

•Bitki hormonları çok düşük konsantrasyonda üretilir, ancak çok küçük bir miktar bir bitki organının büyümesini ve gelişimini büyük ölçüde etkileyebilir.

•Genel olarak hormonlar, hücrelerin bölünmesini, uzamasını ve farklılaşmasını etkileyerek bitki büyümesini ve gelişimini kontrol eder.

Oksin

•Oksin terimi, koleoptillerin uzamasını destekleyen herhangi bir kimyasal anlamına gelir.

•İndolasetik asit (IAA), bitkilerde yaygın olarak bulunan bir oksindir; bu derste oksin terimi özellikle IAA'yı ifade edecektir.

•Oksin sürgün uçlarında üretilir ve gövdeden aşağı taşınır

•Oksin taşıyıcı proteinler, hormonu bir hücrenin bazal ucundan komşu hücrenin apikal ucuna taşır.

Oksinin Hücre Uzamasındaki Rolü

•Asit büyümesi hipotezine göre, oksin plazma zarındaki proton pompalarını uyarır.

•Proton pompaları hücre duvarındaki pH'ı düşürür, duvarın dokusunu gevşeten enzimler olan ekspansinleri aktive eder.

•Selüloz gevşetildiğinde hücre uzayabilir.

•Oksin ayrıca gen ekspresyonunu değiştirir ve sürekli bir büyüme tepkisini uyarır.

Bitki Gelişiminde Oksinin Rolü

•Oksinin polar taşınması, gelişen bitkinin desen oluşumunda rol oynar

•Bir dalın sürgününden gelen azaltılmış oksin akışı, alt dallarda büyümeyi uyarır

•Oksin taşınımı filotakside, yaprakların gövde üzerindeki dizilişinde rol oynar.

•Oksinin yaprak kenarlarından polar taşınması, yaprak damarlanma modelini yönlendirir.

•Vasküler kambiyumun aktivitesi oksin taşınmasının kontrolü altındadır.

Oksinlerin Pratik Uygulamaları

•Oksin indolbutirik asit (IBA), adventif kökleri uyarır ve bitkilerin kesimler yoluyla vejetatif üremesinde kullanılır.

•Aşırı dozda sentetik oksinler bitkileri öldürebilir

–Örneğin 2,4-D, ödikotlarda herbisit olarak kullanılır.

Sitokininler

•Sitokininler, sitokinezi (hücre bölünmesi) uyardıkları için bu şekilde adlandırılmıştır.

Hücre Bölünmesinin Kontrolü ve Farklılaşma

•Sitokininler, kökler, embriyolar ve meyveler gibi aktif olarak büyüyen dokularda üretilir.

•Sitokininler, hücre bölünmesini ve farklılaşmasını kontrol etmek için oksin ile birlikte çalışır.

Apikal Dominansinin Kontrolü

•Sitokininler, oksin ve strigolakton, bir terminal tomurcuğun aksiller tomurcukların gelişimini baskılama yeteneği olan apikal dominansi kontrolünde etkileşime girer.

•Terminal tomurcuğu çıkarılırsa, bitkiler daha yoğun hale gelir.

Yaşlanmayı Önleyici Etkiler

•Sitokininler, protein yıkımını engelleyerek, RNA ve protein sentezini uyararak ve çevre dokulardan besinleri harekete geçirerek bazı bitki organlarının yaşlanmasını yavaşlatır.

Giberellinler

•Sersem fide hastalığı sayesinde bulunmuştur.

•Giberellinlerin gövde uzaması, meyve büyümesi ve tohum çimlenmesi gibi çok çeşitli etkileri vardır

Gövde Uzaması

•Giberellinler genç kök ve yapraklarda üretilir.

•Giberellinler yaprakların ve gövdelerin büyümesini uyarır.

•Saplarda hücre uzamasını ve hücre bölünmesini uyarırlar.

Meyve Büyümesi

•Birçok bitkide meyvenin gelişmesi için hem oksin hem de giberellinlerin bulunması gerekir.

•Giberellinler Thompson çekirdeksiz üzümlerinin ilaçlanmasında kullanılır.

Çimlenme

•Su emildikten sonra, embriyodan giberellinlerin salınması, tohumların çimlenmesi için sinyal verir.

Brasinosteroidler

•Hayvanlardaki kolesterole ve eşey hormonlarına benzeyen steroidlerdir.

•Gövde parçaları ve fidelerde hücre uzaması ve bölünmesini çok düşük konsantrasyonlarda(10^-12 M) uyarırlar.

•Yaprak dökülmesini azaltır, ksilem farklılaşmasını teşvik ederler.

Absisik asit

•Absisik asit (ABA) büyümeyi yavaşlatır

•ABA'nın birçok etkisinden ikisi şunlardır:

–Tohum dormansisi

–Kuraklık toleransı

Tohum dormansisi

•Tohum dormansisi, tohumun sadece optimal koşullarda çimlenmesini sağlar.

•Bazı tohumlarda, ABA şiddetli yağmur, hafif veya uzun süreli soğuk ile uzaklaştırıldığında uyku hali bozulur.

•Zamanından önce (erken) çimlenmeye, aktif olmayan veya düşük ABA seviyeleri neden olabilir.

Kuraklık toleransı

•ABA, bitkilerin kuraklığa dayanmasını sağlayan birincil içsel sinyaldir.

•ABA birikimi stomaların hızla kapanmasına neden olur

Strigogalaktonlar

•Tohum çimlenmesinin teşvik edilmesi, mikorizal birlikteliklerin oluşması ve apikal dominansinin baskınlığının denetlenmesine yardım eden hareketli sinyallerdir.

Etilen

•Bitkiler kuraklık, su baskınları, mekanik basınç zararı ve enfeksiyon gibi streslere yanıt vermek için etilen üretirler.

•Ayrıca meyve olgunlaşması, programlanmış hücre ölümü ve dışardan yüksek derişimli oksin uygulanmasına yanıt vermek için de üretilir.

•Mekanik strese yanıt, senesens, yaprak dökülmesi ve meyve olgunlaşması üzerinde etkisi vardır.

Mekanik Strese Üçlü Yanıt

•Etilen, büyüyen bir sürgünün engellerden kaçınmasına izin veren üçlü yanıtı indükler

•Üçlü tepki, gövde uzamasının yavaşlaması, gövdenin kalınlaşması ve yatay büyümeden oluşur.

Senesens

•Senesens, belirli hücre veya organların veya bütün bir bitkinin programlanmış olarak ölümüdür.

•Senesense götüren apoptozis sırasında hücrelerde bir etilen patlaması yaşanır.

Yaprak absisyonu (Dökülmesi)

•Yaprak döken ağaçlardan yaprakların kaybı, mevsimsel oluşan, iklime bağlı stres dönemlerinde kurumanın önlenmesini sağlar.

•İklimsel stres, köklerin kullanılabilir suya ulaşımını şiddetli bir biçimde sınırlandırır.

•Ölen yaprak dökülmeden önce gerekli pek çok element yapraklardan geri kazanılarak gövdenin parankima hücrelerinde biriktirilir.

•Bu besin maddeleri ilkbaharda gelişmekte olan yapraklara geri verilir.

Meyve olgunlaşması

•Bir meyvede etilen üretiminin patlaması olgunlaşma sürecini tetikler.

•Etilen olgunlaşmayı tetikler ve olgunlaşma daha fazla etilen salınımını tetikler

•Meyve üreticileri, yeşil meyveleri toplayarak ve etilen seviyelerini kontrol ederek olgunlaşmayı kontrol edebilirler.

Sistem Biyolojisi ve Hormon Etkileşimleri

•Hormonlar ve sinyal iletim yolları arasındaki etkileşimler, genetik manipülasyonun bir bitkiyi nasıl etkileyeceğini tahmin etmeyi zorlaştırmaktadır.

•Sistem biyolojisi, bitki fonksiyonlarının modellenmesine izin veren kapsamlı bir anlayış arar.

Işığa verilen yanıtlar bir bitkinin başarısı için çok önemlidir.

•Işık, bitki büyümesinde ve gelişmesinde birçok önemli olaya işaret eder

•Işığın bitki morfolojisi üzerindeki etkilerine fotomorfojenez denir.

•Bitkiler sadece ışığın varlığını değil aynı zamanda yönünü, yoğunluğunu ve dalga boyunu (renk) de algılar.

•Etkin spektrum adı verilen bir grafik, bir işlemin farklı dalga boylarına göreli tepkisini gösterir.

•Etkin spektrumlar, ışığa bağlı olan herhangi bir işlemin incelenmesinde faydalıdır.

•Farklı bitki tepkilerine aynı veya farklı fotoreseptörler aracılık edebilir.

•Mavi ışık fotoreseptörleri ve fitokromlar olmak üzere iki ana ışık reseptörü sınıfı vardır.

Mavi ışık fotoreseptörleri

•Çeşitli mavi ışık fotoreseptörleri hipokotil uzamasını, stoma açılmasını ve fototropizmi kontrol eder.

Fotoreseptörler Olarak Fitokromlar

•Fitokromlar, bir bitkinin yaşamı boyunca ışığa verdiği tepkilerin çoğunu düzenleyen pigmentlerdir.

•Bu tepkiler, tohum çimlenmesini ve gölgeden kaçınmayı içerir.

Fitokromlar ve Tohum Çimlenmesi

•Birçok tohum, ışık koşulları değişene kadar uykuda kalır.

•1930'larda, ABD Tarım Bakanlığı'ndaki bilim adamları, marul tohumlarının ışık kaynaklı çimlenmesi için etki spektrumunu belirlediler.

•Kırmızı ışığın çimlenmeyi artırırken, uzak kırmızı ışığın çimlenmeyi engellediğini gözlemlemişlerdir.

•Kırmızı ve uzak kırmızı ışığın zıt etkilerinden sorumlu fotoreseptör bir fitokromdur.

Fitokromlar ve Gölgenin savuşturulması

•Fitokrom sistemi ayrıca bitkiye ışığın kalitesi hakkında bilgi verir.

•Gölgelikteki yapraklar kırmızı ışığı emer.

•Gölgeli bitkiler kırmızı ışıktan daha fazla uzak-kırmızı ışık alır.

•“Gölgeden kaçınma” yanıtında, bir ağaç gölgelendiğinde fitokrom oranı P_r lehine değişir.

Biyolojik Saatler ve Sirkadiyen Ritimler

•Birçok bitki süreci gün boyunca salınım yapar

•Birçok bakliyat, sürekli aydınlık veya karanlık koşullarda tutulsa bile, yapraklarını akşamları düşürür ve sabahları yükseltir.

Biyolojik saat üzerinde ışığın etkisi

•Sirkadiyen ritimler, yaklaşık 24 saat süren ve dahili bir "saat" tarafından yönetilen döngülerdir.

•Sirkadiyen ritimler, gündüz/gece döngüsü ile tam olarak 24 saate tamamlanabilir.

•Saat, geri besleme kontrolü yoluyla düzenlenen bir proteinin sentezine bağlı olabilir ve tüm ökaryotlarda ortak olabilir.

•Fitokrom dönüşümü, biyolojik saate çevresel ipuçları sağlayarak gün doğumu ve gün batımını işaretler.

Fotoperiyodizma ve Çiçeklenme Kontrolü

•Birçok türde çiçeklenme de dahil olmak üzere bazı işlemler belirli bir fotoperiyot gerektirir.

•Işık periyodu kritik uzunluktan daha kısa olduğunda çiçek açan bitkilere kısa gün bitkileri denir.

•Bir ışık periyodu belirli bir saatten daha uzun olduğunda çiçek açan bitkilere uzun gün bitkileri denir.

•Nötr gün bitkilerinde çiçeklenme, fotoperiyotla değil, bitki olgunluğuyla kontrol edilir.

Kritik Gece Uzunluğu

•Çiçeklenme ve fotoperiyoda verilen diğer tepkiler aslında gün uzunluğuna göre değil gece uzunluğuna göre kontrol edilir..

•Kısa gün bitkileri, kritik gece uzunluğunun minimum karanlık saat sayısı belirleyip belirlemediğine göre yönetilir.

•Uzun gün bitkileri, kritik gece uzunluğunun maksimum karanlık saat sayısını belirleyip belirlemediğine göre yönetilir.

•Kırmızı ışık, fotoperiyodun gece bölümünü kesintiye uğratabilir.

•Etkin spektrumları ve fotoreversibilite deneyleri, fitokromun kırmızı ışığı alan pigment olduğunu göstermektedir

Bir çiçeklenme hormonu?

•Henüz kimyasal olarak tanımlanmayan, kuramsal çiçeklenme sinyaline florigen denir.

•Florigen, CONSTANS geni tarafından yönetilen bir makromolekül olabilir

Bitkiler, ışık dışında çok çeşitli uyaranlara tepki verir.
•Hareketsizlik nedeniyle bitkiler, gelişimsel ve fizyolojik mekanizmalar yoluyla bir dizi çevresel koşula uyum sağlamak zorundadır.

Yerçekimi

•Yerçekimine tepki, gravitropizma olarak bilinir.

•Kökler pozitif gravitropizma gösterir; sürgünler negatif gravitropizma gösterir

•Bitkiler yerçekimini statolitlerin, yoğun sitoplazmik bileşenlerin yerleşmesiyle algılayabilir.

•Statolit içermeyen bazı mutantlar hala gravitropizma yeteneğine sahiptir.

•Nişasta granüllerine ek olarak yoğun organeller yerçekimi algılamasına katkıda bulunabilir.

Mekanik uyaranlar

•Tigmomorfogenez terimi, mekanik bozulmadan kaynaklanan formdaki değişiklikleri ifade eder.

•Genç bitkilerin saplarını günde birkaç kez ovmak, kontrollerden daha kısa bitkilerle sonuçlanır.

•Tigmotropizm, dokunmaya tepki olarak büyümedir.

•Asmalarda ve diğer tırmanıcı bitkilerde bulunur.

•Dokunma tepkisine başka bir örnek, dokunmaya tepki olarak yaprakçıklarını  katlayan ve çöken hassas bitki Mimosa pudica'dır.

•Mekanik uyarıya yanıt olarak hızlı yaprak hareketleri, aksiyon potansiyelleri olarak adlandırılan elektriksel uyarıların iletiminin örnekleridir.

Çevresel Stresler

•Çevresel streslerin hayatta kalma, büyüme ve üreme üzerinde potansiyel olarak olumsuz bir etkisi vardır.

•Stresler abiyotik (cansız) veya biyotik (canlı) olabilir.

•Abiyotik stresler arasında kuraklık, sel, tuz stresi, ısı stresi ve soğuk stresi yer alır.

Biyotik stresler otçulları ve patojenleri içerir.

Kuraklık

•Kuraklık sırasında bitkiler stomaları kapatarak, yaprak büyümesini yavaşlatarak ve maruz kalan yüzey alanını azaltarak terlemeyi azaltır.

•Daha derin kökler büyümeye devam ederken sığ köklerin büyümesi engellenir

Köklerin suya doyması

•Kök korteks hücrelerinin enzimatik yıkımı, bitkilerin sel sırasında oksijen yoksunluğundan kurtulmasına yardımcı olan hava tüpleri oluşturur.

Tuz stresi

•Tuz, toprak çözeltisinin su potansiyelini düşürebilir ve su alımını azaltabilir.

•Bitkiler, yüksek konsantrasyonlarda tolere edilen çözünenler üreterek tuz stresine yanıt verir.

•Bu süreç, hücrelerin su potansiyelini toprak çözeltisininkinden daha negatif tutar.

Isı stresi

•Aşırı ısı, bir bitkinin enzimlerini denatüre edebilir.

•Isı şoku proteinleri, diğer proteinlerin ısı stresinden korunmasına yardımcı olur.

Soğuk Stresi

•Soğuk sıcaklıklar membran akışkanlığını azaltır

•Membranların lipid bileşimini değiştirmek, soğuk stresine bir yanıttır

•Donma, bir bitkinin hücre duvarlarında ve hücreler arası boşluklarda buz oluşmasına neden olur.

•Birçok bitki ve diğer organizma, buz kristallerinin büyümesini ve hücrelere zarar vermesini önleyen antifriz proteinlerine sahiptir.

Bitkiler, herbivorlar ve patojen saldırılarına yanıt verir.

•Bitkiler, herbivorları caydırmak, enfeksiyonu önlemek ve patojenlerle savaşmak için savunma sistemlerini kullanır.

Herbivorlara Karşı Savunmalar

•Bitkileri yiyen hayvanlar olan herbivorlar, bitkilerin herhangi bir ekosistemde karşılaştığı bir strestir.

•Bitkiler aşırı herbivorları dikenler ve trikomlar gibi fiziksel savunmalarla ve nahoş veya toksik bileşikler gibi kimyasal savunmalarla karşılar.

•Hatta bazı bitkiler, belirli otçullara karşı savunmaya yardımcı olan yırtıcı hayvanları “toplar”.

•Böceklerden zarar gören bitkiler, aynı türden diğer bitkileri uyarmak için uçucu kimyasallar salabilir.

•Arabidopsis yırtıcı akarları çeken uçucu bileşenler üretmek için genetik olarak tasarlanabilir.

Patojenlere Karşı Savunmalar

•Bir bitkinin enfeksiyona karşı ilk savunma hattı, epidermis ve periderm tarafından sunulan bariyerdir.

•Bir patojen dermal dokuya nüfuz ederse, ikinci savunma hattı patojeni öldüren ve yayılmasını önleyen kimyasal bir saldırıdır.

•Bu ikinci savunma sistemi, belirli patojenleri tanımak için kalıtsal yetenek tarafından geliştirilmiştir.

Konukçu-Patojenlerin Birlikte Evrimi

•Virülent bir patojen, bir bitkinin karşı çok az spesifik savunmaya sahip olduğu bir patojendir.

•Avirulent bir patojen, konukçu bitkiye zarar verebilecek ancak öldürmeyen bir patojendir.

Aşırı Duyarlılık (Hipersensitivite) yanıtı

–Enfeksiyon bölgesinin yakınında hücre ve doku ölümüne neden olur

–Patojene saldıran fitoaleksinlerin ve PR proteinlerinin üretimini indükler

–Patojeni sınırlayan hücre duvarındaki değişiklikleri uyarır

Sistemik olarak Kazanılmış Direnç (SAR)

•Sistemik olarak kazanılmış direnç, savunma genlerinin sistemik ifadesine neden olur ve uzun süreli bir yanıttır.

•Salisilik asit enfeksiyon bölgesi çevresinde sentezlenir ve muhtemelen sistemik kazanılmış direnci tetikleyen sinyaldir.

SORULAR:

Bitkilerde hangi element mikrobesin olarak kabul edilir?
a) Azot
b) Kalsiyum
c) Çinko
d) Fosfor

Azot döngüsünde amonyak hangi bakteriler tarafından nitritlere dönüştürülür?
a) Rizobakteriler
b) Nitrifikasyon bakterileri
c) Denitrifikasyon bakterileri
d) Amonyaklaştırıcı bakteriler

Toprak pH'sı hangi mineralin emilimini doğrudan etkiler?
a) Kalsiyum
b) Magnezyum
c) Demir
d) Fosfor

Aşağıdaki fotosentez adaptasyonlarından hangisi CAM bitkilerine özgüdür?
a) Karbon fiksasyonu gündüz yapılır.
b) Su kaybı minimuma indirilir.
c) Stomalar gündüz açıktır.
d) CO2 doğrudan Calvin döngüsüne girer.

__________, bitkilerin CO2 yerine O2 kullandığı ve enerji kaybına yol açan süreçtir.

Toprağın negatif yüklü parçacıkları __________ tutunur.

Organik gübreler, __________, hayvan gübresi ve balık unu gibi maddelerden oluşur.

Fitoremediasyon nedir ve nasıl çalışır? Örnek veriniz.

Fotosentezin ışık reaksiyonları ve Calvin döngüsü arasındaki farkları açıklayın.

C4 ve CAM fotosentez mekanizmaları arasındaki farkları açıklayınız.

Mikorizal mantarların tarımsal önemi nedir?

Neden tüm bitkiler azot sabitleyici bakterilerle simbiyoz kurmaz? Açıklayınız.

Fotosentezin etkinliği neden yaprak pigmentleriyle ilişkilidir?

Rizobakterilerin toprak kalitesine etkisini açıklayınız.

Azot fiksasyonunun tarımdaki önemini örneklerle açıklayın.

CAM bitkilerinin tarımda sağladığı avantajları belirtiniz.

Fotosentezin evrimi süresince adaptasyon mekanizmalarını açıklayınız.

Toprak yapısının tarımsal verimliliği nasıl etkilediğini tartışınız.

Genetik mühendisliğinin bitki beslenmesine katkılarını örnekler vererek açıklayınız.

Hücresel solunumun fotosentezle ilişkisini detaylandırınız.

Azot döngüsündeki bakterilerin rolleri hakkında bir şema çizin ve açıklayın.

Fitoremediasyon yöntemlerinin çevresel faydalarını sıralayınız.

Rizosferin ekosistem için önemini açıklayınız.

Su kaynaklarının sürdürülebilir tarım için yönetimi üzerine önerilerde bulunun.

Çöl ortamında bitki adaptasyonlarını açıklayarak örnekler veriniz.

Toprağın mineral içeriğinin tükenmesini önlemek için çiftçiler hangi yöntemleri kullanmalıdır?

Fotosentezde ATP'nin rolünü açıklayınız.

Mineral gübrelerin uzun vadeli çevresel etkilerini değerlendiriniz.

Bitkilerde ışık yoğunluğunun fotosentez oranına etkisini açıklayın.

Mikoriza çeşitlerini karşılaştırarak tarımsal avantajlarını sıralayın.

Erozyonun çevresel etkileri nelerdir?

Toprak canlılarının, toprak sağlığı üzerindeki etkilerini açıklayın.

Karbon döngüsünde bitkilerin rolü nedir?

Su stresine dayanıklı bitkilerin genetik özelliklerini açıklayın.

Bitkilerde hormonların büyüme ve adaptasyona etkilerini açıklayınız.

CAM ve C4 bitkilerinin farklılıklarını ekolojik olarak karşılaştırınız.

Azotlu gübrelerin bilinçsiz kullanımının etkilerini değerlendirin.

Bitki köklerinin toprak bakterileriyle simbiyotik ilişkisi nasıl gelişmiştir?

Fotosentezin kimyasal tepkimelerini ayrıntılı olarak açıklayın.

Kurak bölgelerde tarımın sürdürülebilirliğini artırmak için hangi yöntemler kullanılabilir?

Tınlı toprakların verimliliğini açıklayınız.

Fotosentetik pigmentlerin absorpsiyon spektrumunu grafikle açıklayın.

Gübreleme ile toprak verimliliği arasındaki ilişkiyi tartışınız.

Bitkilerde mineral eksikliğinin belirti ve sonuçlarını açıklayın.

Güneş enerjisinin bitki büyümesindeki rolünü tartışınız.

Organik tarımın toprak sağlığı üzerindeki etkilerini açıklayınız.

Toprak pH’sının düzenlenmesinde kullanılan yöntemleri açıklayın.

Genetik olarak modifiye edilmiş bitkilerin avantaj ve dezavantajlarını değerlendirin.

Toprak dokusunun bitki kökü gelişimine etkisini açıklayınız.

CAM fotosentezinin avantajlarını sıcak ve kurak bölgelerde tartışın.

Fotosentetik bakterilerin ekosistemdeki rolünü açıklayınız.

Bitki büyümesinde makro ve mikro elementlerin işlevlerini detaylandırın.

Toprak verimliliğinin ölçümünde kullanılan yöntemleri açıklayın.

Tarımsal uygulamalarda suyun etkin kullanımını artırmanın yollarını açıklayın.

Bitki köklerinde mikorizanın oluşum sürecini açıklayın.

Karasal ve sucul bitkilerde fotosentez farklılıklarını açıklayın.

Toprak organizmalarının biyolojik çeşitliliğe katkısını açıklayınız.

Toprak erozyonunu önlemek için ağaçlandırma çalışmalarının önemini tartışınız.

Azot eksikliğinin bitkilerdeki etkilerini gözlemleyin ve sonuçları açıklayın.

Toprak analizi yapmanın tarımdaki önemini açıklayın.

Fotosentez sırasında suyun rolünü kimyasal düzeyde açıklayın.

Toprakta bulunan organik maddenin bitki beslenmesindeki önemini tartışın.

Bitki köklerinin su alımını artırmak için genetik adaptasyonları açıklayın.

Fotosentezde elektron taşıma zincirinin işlevini detaylandırın.

Kurak alanlarda tarımsal üretimi artırmak için bitki ıslah yöntemlerini açıklayın.

Organik tarım uygulamalarının karbon ayak izi üzerindeki etkilerini değerlendirin.

Toprak kalitesini artırmak için sürdürülebilir yöntemleri tartışınız.

Bitkilerde karbon fiksasyonu ile ilgili üç farklı mekanizmayı açıklayınız.

GDO'lu bitkilerin çevresel risklerini ve tarımsal faydalarını değerlendirin.

Toprak mikroorganizmalarının besin döngüsündeki rolünü açıklayın.

Bitki köklerinin toprak yapısına katkılarını detaylandırın.

Fotosentezin etkinliğini artırmak için kullanılan yapay yöntemleri tartışın.

Sürdürülebilir tarımın temel prensiplerini açıklayın.

Toprak kirlenmesini azaltmak için kullanılan biyoteknolojik yöntemleri açıklayın.

Bitkilerde ışık şiddeti ve dalga boyunun fotosentez verimliliğine etkisini açıklayın.