Su ve mineraller

Sıcak bir yaz günü uzun bir yürüyüşten dönen biri susuzluktan başı dönerek eve giriyor. Bir bardak su içtikten birkaç dakika sonra kendini toparlıyor. Aynı gün bir bahçede, birkaç gündür sulanmamış domates fidelerinin yaprakları sarkmış; akşam sulandıktan sonra sabaha karşı yeniden dikleşiyorlar. İnsan da bitki de, içlerindeki suyun azaldığını hemen gösterir. Bir önceki derste bütün canlıların paylaştığı özellikleri tanıdık ve hepsinin hücrenin içindeki maddelere dayandığını gördük. Bu ders, o maddelerin en bolundan, sudan başlıyor; ardından miktarı az ama görevi büyük olan minerallere ve vücut sıvılarındaki asit-baz dengesine geçiyor.

• Canlıların yapısındaki inorganik ve organik bileşenleri ayırt edersin.
• Suyun polar yapısından kaynaklanan özelliklerini canlılık için önemiyle ilişkilendirirsin.
• Başlıca minerallerin görevlerini ve eksikliklerinin sonuçlarını açıklarsın.
• Vücut sıvılarında pH dengesinin neden korunması gerektiğini anlatırsın.

İnorganik ve organik bileşenler

Canlıların yapısındaki maddeler iki büyük gruba ayrılır. Organik bileşenler, karbon atomlarından kurulmuş bir iskelet taşıyan ve canlılar tarafından sentezlenen moleküllerdir: karbonhidratlar, yağlar, proteinler, nükleik asitler, vitaminler. İnorganik bileşenler ise bu iskeleti taşımaz ve canlılar onları hazır olarak dış ortamdan alır: su, mineraller, asitler, bazlar ve tuzlar. İnorganik bileşenler sindirilmeden, oldukları gibi hücrelere geçebilir.

Vücudun yarısından fazlası su

Su, canlıların yapısında en bol bulunan maddedir; bir yetişkin insanın vücut kütlesinin yarısından fazlası sudur. Su oranı her yerde aynı değildir. Embriyoda ve gençlerde daha yüksektir, yaşlandıkça azalır. Metabolizması hızlı dokular, örneğin beyin ve kaslar, kemik ve yağ dokusundan daha çok su içerir. Kuru tohumlarda su oranı çok düşüktür ve bu yüzden metabolizmaları neredeyse durmuş gibi yavaştır. Hücredeki tepkimelerin hemen hepsi sulu ortamda yürüdüğü için, bir dokunun etkinliği ile su oranı arasında yakın bir ilişki vardır.

Suyun özellikleri ve canlılık

Su molekülü polardır; oksijen ucu kısmen eksi, hidrojen uçları kısmen artı yüklüdür. Su molekülleri birbirine hidrojen bağlarıyla tutunur. Suyun canlılık için önemli özelliklerinin hepsi bu yapıdan doğar.

• İyi bir çözücüdür. İyonları ve polar molekülleri sararak çözer. Kan plazması besinleri, hormonları ve atıkları bu sayede taşır; bitkide mineraller suda çözünmüş olarak kökten yapraklara gider.
• Öz ısısı yüksektir. Sıcaklığını değiştirmek için çok ısı gerekir; bu yüzden vücut sıcaklığı ve göllerin, denizlerin sıcaklığı ani değişmez.
• Buharlaşırken çok ısı alır. Deriden buharlaşan ter vücuttan ısı çekerek serinletir; bitkiler de yapraklarından su buharlaştırarak yapraklarını aşırı ısınmaktan korur.
• Buz sudan hafiftir. Göllerin yüzeyi donduğunda buz tabakası suyun üstünde kalır ve alttaki suyu yalıtır; canlılar kışı buzun altındaki sıvı suda geçirebilir.
• Molekülleri birbirine ve yüzeylere tutunur. Bu çekim, bitkide ince borular içindeki su sütununun kopmadan köklerden yapraklara yükselmesine katkıda bulunur.

Su dengesi: kazanç ve kayıp

Canlılar sürekli su kaybeder ve bu kaybı sürekli karşılamak zorundadır. İnsan suyu içerek, besinlerle ve hücrelerdeki oksijenli solunumun ürünü olarak elde eder. Su idrarla, terle, soluk verirken buhar olarak ve az miktarda dışkıyla kaybedilir. Kazanç ile kayıp arasındaki fark büyüdüğünde susama hissi ortaya çıkar ve böbrekler idrarı daha yoğun hale getirerek su tutar. Bitkiler suyu kökleriyle topraktan alır ve büyük kısmını yapraklarındaki küçük gözeneklerden buhar olarak kaybeder. Sıcak ve rüzgârlı günlerde kayıp hızlanır; toprakta yeterli su yoksa yapraklar sarkar. Kanca'daki domates fidelerinin akşam sulanınca sabaha karşı dikleşmesi, hücrelerine yeniden su dolmasının sonucudur.

Tepkimelerde su

Su yalnızca bir ortam değil, birçok tepkimenin katılımcısıdır. Büyük organik moleküller parçalanırken su harcanır; bu tür tepkimelere hidroliz denir. Küçük moleküller birleşip büyük molekül kurulurken ise su açığa çıkar. Fotosentezde su bir hammaddedir, oksijenli solunumda ise ürünlerden biridir. Bu tepkimeler organik bileşenler derslerinde ayrıntılı olarak ele alınacaktır.

Mineraller

Mineraller, vücutta genellikle iyon halinde bulunan elementlerdir. Enerji vermezler; parçalanıp ATP üretmezler. Görevleri yapı kurmak ve süreçleri düzenlemektir. Az miktarda gerekirler, ama eksiklikleri ciddi sonuçlar doğurur.

• Kalsiyum: kemik ve dişlerin yapısına katılır; kas kasılması ve kanın pıhtılaşmasında görev alır.
• Fosfor: kemiğin yapısında bulunur; ATP'nin ve DNA'nın fosfat gruplarını oluşturur.
• Demir: kırmızı kan hücrelerindeki hemoglobinin yapısına katılır ve oksijen taşınmasında rol alır; eksikliğinde kansızlık görülebilir.
• İyot: tiroit bezinin ürettiği hormonların yapısına girer; eksikliğinde bez büyüyerek guatr oluşabilir.
• Sodyum ve potasyum: sinir uyarılarının iletiminde ve vücut sıvılarının su dengesinde görev alır.
• Magnezyum: bitkilerde klorofilin yapısındadır; eksikliğinde yapraklar sararabilir.
• Flor: diş minesini güçlendirir.

Bitkiler mineralleri topraktan, suda çözünmüş iyonlar halinde kökleriyle alır. Hayvanlar ise besinlerle ve suyla alır. Dengeli beslenen bir insan, minerallerin çoğunu sebze, meyve, süt ürünleri ve tahıllardan karşılar.

Mineral mi, vitamin mi?

Mineraller ile vitaminler sık karıştırılır, çünkü ikisi de az miktarda gerekir ve ikisi de enerji vermez. Fark yapılarındadır: mineraller tek tek elementlerdir ve inorganiktir; vitaminler ise karbon iskeleti taşıyan organik moleküllerdir. Bir mineral ısıyla bozulmaz, oysa bazı vitaminler pişirme sırasında bozulabilir.

Asitler, bazlar ve tuzlar

Vücut sıvılarındaki asit ve baz miktarı, pH ile ifade edilen dar bir aralıkta tutulur. Midenin içi kuvvetli asidiktir ve bu asitlik sindirime yardım eder; kanın pH'ı ise hafif bazik bir değerde çok sıkı biçimde korunur. Bu dengeyi tampon sistemler sağlar: fazla asidi ya da bazı tutarak pH'ın hızla değişmesini önlerler. pH'ın korunması önemlidir, çünkü hücredeki tepkimeleri yöneten enzimler yalnızca belirli bir pH aralığında düzgün çalışır. Tuzlar da vücut sıvılarında iyonlarına ayrışmış halde bulunur ve hücrelerin su alıp vermesini etkiler.

İnorganik bileşenler canlının iskeletini ve ortamını kurar; enerji ve yapı maddesinin büyük kısmı ise organik bileşenlerden gelir. Sıradaki ders, bu bileşenlerin ilkiyle, hücrelerin en hızlı enerji kaynağı olan karbonhidratlarla başlıyor.

Örnek 1 — İnorganik bileşen

Soru: Hangisi inorganik bir bileşendir?

• A) Glikoz
• B) Nişasta
• C) Kalsiyum iyonu
• D) Protein
• E) DNA

Çözüm: Kalsiyum bir mineraldir ve karbon iskeleti taşımaz; ötekiler organiktir. Cevap: C.

Örnek 2 — Suyun özelliği

Soru: Terlemenin vücudu serinletmesi suyun hangi özelliğiyle açıklanır?

• A) Buzun sudan hafif olması
• B) Buharlaşırken çok ısı alması
• C) Renksiz olması
• D) Enerji vermesi
• E) Organik olması

Çözüm: Deriden buharlaşan su vücuttan ısı çeker. Cevap: B.

Örnek 3 — Mineral görevi

Soru: İyot eksikliğinde hangisi görülebilir?

• A) Kansızlık
• B) Diş çürümesi
• C) Kemik kırılganlığı
• D) Yaprak sararması
• E) Tiroit bezinin büyümesi, yani guatr

Çözüm: Tiroit hormonlarının yapımı iyota bağlıdır. Cevap: E.

Örnek 4 — Su oranı

Soru: Hangisinde su oranı en düşüktür?

• A) Beyin dokusu
• B) Kan
• C) Embriyo
• D) Kuru tohum
• E) Kas dokusu

Çözüm: Kuru tohumda metabolizma çok yavaştır ve su oranı düşüktür. Cevap: D.

• Mineralleri enerji kaynağı sanmak. Mineraller yapı ve düzenleyici görev yapar.
• Mineral ile vitamini karıştırmak. Mineral inorganik element, vitamin organik moleküldür.
• Su oranını her dokuda aynı sanmak. Etkin dokularda ve gençlerde daha yüksektir.
• Suyu yalnız bir ortam sanmak. Su hidrolizde harcanır, birçok tepkimede ürün olur.
• pH dengesini önemsiz saymak. Enzimler yalnız belirli pH aralığında çalışır.