Sonbaharın Kimyası

Pigmentler, hormonlar ve enzimler.Gelin hep beraber sonbahar harikalarının arkasındaki gizli kimyayı öğrenelim.

Sonbahar; rahatlatıcı, sıcak, turuncu ve kırmızının tonları, solmuş yapraklar… Ancak sonbaharın ardındaki kimya nedir? Neden bazı bitkilerin yaprakları düşer? Tüm bu süreçlerde enzimlerin rolü nedir?

Öncelikle yaprakların rengi neden yeşildir?

Yaprakların rengi pigment denilen moleküllerden oluşur. Bir pigment, bazı dalga boylarındaki ışığı emen, ancak diğerlerini yansıtan bir kimyasaldır. Gözlerimiz yansıyan dalga boylarına karşılık gelen renkleri görür. İlkbahar ve yaz aylarında, bitki yapraklarındaki en bol pigment klorofildir. Bu küre şekilli molekül, kandaki oksijeni taşıyan haem grubuna çok benzer, ancak merkezde demir olması yerine magnezyuma sahiptir. Magnezyum ile klorofil molekülünün kombinasyonu yeşil ışığı yansıttığı anlamına gelir. Klorofil görünür spektrumun geri kalan kısmını emer ve bir dizi biyomoleküler tepkime ile bu enerjiyi fotosentez olarak bilinen bir süreçte karbonhidratlara dönüştürme yeteneğine sahiptir.

Neden yaprakların rengi sonbaharda kırmızı ve sarıya dünüşür?

Sonbahar geldiğinde hava daha soğuk hale gelirken, klorofil ile dolu yapraklar küçük dönüşüm için çok fazla enerji toplar. Bunun nedeni, soğuk olduğunda kimyasal reaksiyonların daha yavaş ilerlemesi ve daha kısa günler ve daha fazla dağınık ışık, az enerji toplanması demektir. Sonuç olarak birçok bitki pigmenti tamamen üretmeyi bırakır. Bitkiler, kış yaklaşırken bütün klorofilleri parçalarken, yaprakları, yıl boyunca yapraklarda bulunan ksantofil adlı bir molekül topluluğu sayesinde sarıya döner. Ksantofiller, sarı ışığı yansıtan ve aynı zamanda yumurta sarısı ve ayçiçeği renklerinden sorumlu çok sayıda konjuge karbon-karbon çift bağına sahip moleküllerdir.

Sarı yaprakları çok güzel buluyor olsak da bu bitkiler için bir problem.Bunun nedeni sarı yapraklar zararlı olabilecek yaprak bitleri ve diğer parazitleri kendisine çekmesirdir. Sonuç olarak bitkiler bu sarı yaprakları gizlemek için bir kimyasal savunma mekanizması geliştirdiler; karotenoidler ve antosiyaninler. Bu moleküllerin havuç balkabak ve akçaağaç yapraklarından sorumlu olan karakteristik ve yoğun turuncu ve kırmızı renkleri vardır. Karotenoidler bütün yıl boyunca yapraklarda bulunurken, antosiyaninler sonbaharda bitki tarafından özel olarak sentezlenir ve bitkilerinin yanı sıra yaprakların içine göderilir ayrıca güneş ışığından korunurlar ve klorofil gittikten sonra yapraklara ciddi hasar verebilirler.

Bazı ağaçlar neden yapraklarını kaybeder?

Yaprak döken bitkilerin haricinde bazı ağaçlar yapraklarıni bütün yıl boyunca tutarlar.Bu ağaçlar için latince isimler genellikle ‘sempervivens’ kelimesinin ‘her zaman canlı’ kelimesini içerir. Her zaman  yeşil olan ağaçların çoğu, soğuk mevsimlerin daha kısa veya hatta kış olmayan tropikal iklimlerde gelişmiştir. Her zaman yeşil olan ağaçlar  da yapraklarını kaybederler ama  bunlarin yerine hemen yenisi çıkar.

Soğuk iklimlerde bulunan ağaçların çoğu yapraksıdır çünkü yaprakları canlı tutmanın enerji seviyesi çok yüksektir. Ayrıca, büyük yaprakları olan ağaçlar kışın rüzgarlı günlerde yelken gibi davranıp ağacı kökünden söküp uçurma tehlikesine sokuyor. Buna rağmen, kozalaklı gibi bazı kalıcı yaprakdökmüş ağaçlar soğuktan kurtulabilir, ama bunlar istisnadır.

Ağaçlar yapraklarını düşürmeye nasıl karar verirler?

Cevap hormonlardır.Hormon kelimesini duyduğumuzda,sivilceli gençler aklımıza gelir. Fakat hormonlar sadece hayvan ve bitkilerdeki kimyasal mesajları taşıyan moleküllerdir.

Auxin genel yapısı, ağaçların sonbaharda salgıladığı  bir  bitki hormonu

Sonbahar geldiğinde bir dizi hormon salınmasını sağlayan bir işaret olan klorofil seviyeleri düşer. Bilim adamları yıllarca ağaçların yapraklarını kaybetmelerine neden olan ana molekülün absisik asit olduğuna düşündüler fakat iki farklı bitki hormonu olan etilen ve oksinler çok daha önemli bir rol oynamaktadır.

Absisik asit  ismine rağmen  absisyonda(yaprakların düşmesi) çok önemli bir etken değildir.

En basit alken olan etilen meyve olgunlaşmasını hızlandıran, ancak yaprak büyümesini azaltan ve absisyonu arttıran bir gazdır. Etilen, amino asit metiyoninden, uzun bir biyokimyasal reaksiyon zinciriyle üretilir. Karanlık bu gazın biyosentezini harekete geçirirken, bitkiler sonbahar ve kış aylarında etilen üretimlerini arttırarak yapraklarında dökülmeye neden olurlar.

Oksinler, hücre büyümesini düzenlerler.Sağlıklı, yeşil yaprak bol oksin üretir ve böylece büyümeye devam eder.Bununla birlikte, sonbahar geldiğinde ve klorofil seviyeleri azaldığında, oksinler de azalır. Ağaç artık yeşil ve sağlıklı oldukları için yapraklardan kimyasal sinyaller almamakta ve bu yüzden absisyon başlamaktadır.

Ağaçlar yapraklarını nasıl düşürür?

Etilen ve oksinler yaprak dökülmesini tetiklediğinde, yapraklar kendiliğinden tahrip olmaya başlar. Ağaç, yapraklara besin maddesi göndermeyi durdurur ve yaprağın alt bölümünün bozunması başlar. Çoğu hücre kendilerini nasıl parçalayacaklarını bilir ancak bitkilerin hücre duvarlarının ana bileşeni olan selüloz biraz inatçıdır.

Selüloz, dünyanın en dolu polimeridir. Glikosidik bağlarla bağlanan binlerce glikoz biriminden yapılır. Laboratuarda selülozu bozabiliriz, ancak bu son derece asidik koşullar gerektirir. Bitkiler ise enzimlerin, doğanın katalizörlerinden yararlanır. Glikosidik bağları parçalamada uzmanlaşmış olan glikosidazlar denilen bir enzim çeşidi kullanırlar.Bu enzim çeşidi selülozu parçalamada uzmanlaşmıştır.

Bu enzimler doğada çok nadir bulunur ve fakat çoğu bitki bunlara sahiptir. İnsanlar ise selülaz salgılayamazlar bu yüzden bu polisakkariti sindiremeyiz. Diyet lifi (çoğunlukla selüloz) iştahınızı kapatabilir, ancak kilo vermenizi sağlamaz.Çimen gibi selüloz bakımınıdan zengin bir diyeti otoburlar bile, selülaz üretemediği için sindiremezler. Sindirim sistemlerinde yaşayan simbiyotik bakterilere bağımlıdırlar ve polimeri yavaş yavaş glikoz parçalarına ayırırlar. Bu yüzden otoburların öğle yemeği çok uzun sürüyor.

Kaynak : chemistryworld.com

Haberi Çeviren : Sinan Yener

Üniversite : Mersin Üniversitesi (Lisans Öğrencisi)

Bölüm : Kimya Mühendisliği

Mail : sinancanyener@gmail.com

Not : Haberlerin dergi yönetimi ile çevirene haber verilmeksizin yayınlanması, kopyalanması, kendi web sitenize eklenmesi kesinlikle yasaktır.  Bir yerde yayınlamayı düşünenler iletisim@inovatifkimyadergisi.com adresine ve de haberi çeviren arkadaşımıza mail atarak durumu belirtmeleri gerekmektedir.