| KÜLTÜR
BİTKİLERİNDE FENOLİK MADDE
İÇERİĞİNİN MEVSİMSEL DEĞİŞİMİ ÜZERİNE EKOLOJİK FAKTÖRLERİN ETKİSİ Fenol‘ler,
oksijenli aromatik bileşiklerden olup, bir veya daha fazla hidroksil
(OH)
grubu taşıyan en az bir aromatik halkaya sahip organik ve kristal
yapıda ki
maddelerdir. Renksizdir ancak hava ile
temas ettiklerinde kırmızı renk
gösterirler. Suda orta derecede, organik
çözücülerde (alkol, eter vb.) iyi
çözünür. Çok zehirlidir, cilde değmesi
durumunda yanıklar meydana getiriler.
Seyreltik çözeltileri dezenfektan olarak kullanılır. Birden
çok polimerin (polifenoller, flavonoidlervb.)
çıkış
maddesidir.1,2,3,13,18,19,,27,28 Flavonoid’ler; üç
karbonlu zincir ile bağlı iki benzen halkasını
içeren C6–C3–C6
iskeletinde bileşiklerdir. Flavonoidler kırmızı, mavi pembe bitki
pigmentleri, antosiyaninler, sarı antonsaktinler ve renksiz kateşinler’
den
oluşurlar. Diğer bir ifade ile bu bileşiklerin oluşturduğu sınıfın
genel
ismidir. 1,2,5,13
Flavonoidler bitkileri
UV ışınlarına ve mikroorganizmalara karşı korurlar.
Bitkilerin bol ve
kısa dalga boylu güneş ışığına rağmen gelişmeleri bu pigmentleri
çok fazla
miktarda sentezlemesiyle mümkün olabilmektedir. Güneş
ışınlarının etkisi ile, bitki
yaprak ve dokularında fenolik
maddeler ‘inde sentezlenmesini sağlayan fotomorfogenez
reaksiyonları başlar. İnsanlarda flavonoidler, bağışıklık sistemini
güçlendirir
ve kalp krizi riskini azaltır. Bitki hücre
ve dokularında basit fenolik bileşiklerin önemli bir kısmı,
fenolik asitler ve
fenilpropanoidlerin sentez yollarının ara ve son ürünleridir
(Şekil– 2.1). 9,2,1,4,12 Fotomorfogenez adı verilen reaksiyonda ; "fitoensintaz (PSY)" adı verilen bir enzim işlev görür. Işık etkisi altında devreye giren bu enzim, hücrede klorofil ve karotenoid miktarını arttırarak, fotosentez görevi görebilecek bir organelin (kloroplast) oluşmasını kontrol eder. Karotenoid biyosentez mekanizmasının ilk enzimi olan PSY, çoğunlukla enzim reaksiyonlarını da arttırır. PSY 'nin bu şekilde ışığa bağımlı oluşu, klorofil biyosentezinde görevli olan "protoklorofillid oksiredüktaz (POR)" enziminde de görülür. Hiçbir hücre, potansiyel olarak içermediği bir özelliği, normal şartlar altında bir anda göstermeye başlayamaz. 1,4, 9, 25,26,27,28 Fenolik maddeler bitki türlerini tanımlama ve sınıflandırma amacıyla kemotaksonomik çalışmalarda kullanılmaktadır. Bitkilerin sekonder metabolizma ürünlerin den olan flavonidlerden antosiyaninlerin çiçek ve meyve pigmenti olduğu , polimer fenoller olan ligninlerinde hücre duvarında yapı materyali olarak görev yaptığı bilinmektedir. Antosiyaninler ve kondanse tanenleri içerisine alan flavonoidler, fenilpropanoid sentezi sırasında oluşan p-coumaric asitten meydana gelir. Flavonoidlerin diğer bir grubu da hidroliz olabilen gallik asit ve türevleri doğal ortamda şikimik asit sentez yoluyla sentezlenir. Burada; L-phenylalanine ammonia lyase (PAL) flavonoidlerin biyosentezini kontrol eden anahtar enzimdir. Gün uzunluğunda ki artış ile (yaz mevsiminde) bu enziminde aktivitesi artar.(3,9, 1 )
Ester
ve esterleşme; bir karboksilik asidin (R–COOH) bir alkol veya bir
fenol’le
tepkimesi sonucu su kaybı ile meydana gelen kimyasal bileşik esterdir.
Ayrılan
suyun hidroksilini (OH alkolden değil fenol’den alması
esterleşmedir. Özellikle halka
yapısına sahip karboksilik esterler UV (kısa dalga boylu, ultra viole ışınlar)
ışınlarını
absorblamazlar. 12, 16 ,18,19,20,21
Fenolik
maddeler konusunda yapılan bir çok çalışmada, bitki
büyümesini tohum
çimlenmesini inhibe (engelleme) özelliğine sahip olduğunu
ve allelopatik (bitkilerin sentezlediği kimyasallar ile
birbirini
etkilemesi) olarak bitki – bitki ilişkilerinde görev aldığı da
tespit
edilmiştir. Yine fenollerin zehirli etkisi nedeniyle patojen ve
herbivorların
saldırılarına karşıda bitkinin savunma mekanizmasını oluştururlar. Bu
etkileşime örmek olarak; yurdumuzda bilhassa Doğu Karadeniz
bölgesinde
rastlanır. Yenildiğinde baş dönmesi ve halsizlik yapar. Bu
zehirlenme
belirtileri Rhododendron (Orman gülü) türlerinin, R.
ponticum (komar;kırmızı-pembe
çiçekli), R.Luteum (zifin;sarı çiçekli)’un
taşıdığı andromedotoksin‘den ileri
geldiği bilinmektedir, bu bitkilerin çiçeklerinden bal
özü toplayan arılar
vasıtasıyla bala (Zehirli bal veya deli bal)
geçmektedir.Andromedotoksin
tansiyon düşürücü etkiye sahiptir. Alındığında baş
dönmesi ve halsizlik yapar. 10,2,1,3,19,20,21Ayrıca
bitki
metabolizmasında oluşan ve bitkinin korunması için depolanan
zehirli ve tahriş
edici özellikteki maddeler yine bitki bünyesinde zehirsizleştirilir.
Bu işlem üç yolla olur; (2
,1)
1.Bileşik
teşkili (Benzen‘den önce fenol’e
yükseltgenme, sonra fenolik bileşiklerin oluşumu ile
zehirsizleştirme.)
2. Yükseltgenme ve indirgenme (Redoks reaksiyonları ) 3. Hidroliz Bitki hücrelerinde, stoplazma içerisinde bulunan ve çeşitli metabolik görevler üstlenmiş olan organellere “ plastid” adı verilmektedir. Renk maddesi taşıyıp taşımamalarına göre gruplandırılan plastidler, daha sonra da klorofil içeriklerine gruplandırılırlar. Buna göre: 1.Renk maddesi taşıyanlar
a) Klorofil içerenler (kloroplast) b) Klorofil içermeyenler (kromoplast) 2. Renk maddesi taşımayanlar (leukoplast), şeklinde sınıflandırılırlar. Kloroplastlar
içerisinde bitkiye farklı renkleri veren klorofil (yeşil),
karotin
(turuncu), ksantofil
(sarı) ve likopin
(kırmızı) gibi renk pigmentleri bulunur. Kromoplastlarda ise farklı
olarak
klorofil pigmenti bulunmamaktadır.Tüm plastidler, genç
hücrelerin
sitoplazmasında bulunan ve “proplastid”
olarak bilinen küçük cisimlerden meydana gelirler.
Proplastidler, tıpkı kök
hücreler gibi işlev görürler ve ergin hücrenin
yerine ve görevine göre ilgili plastid
tipine farklılaşırlar. Ancak belirli koşullar altında, hücrenin ve
organizmanın
ihtiyacına göre, ergin haldeki plastidler de birbirlerine
dönüşebilirler. Kloroplastlar, aktif halde genetik materyal
(DNA ve RNA)
içerirler. Diğer plastidler de, aynı hücrelerden
geliştikleri için,
sitoplazmalarında genetik materyal oluşumu için gerekli olan
potansiyele
sahiptirler. Aynı şekilde, klorofil taşımayan tüm diğer plastid
tipleri de,
belli koşullar altında klorofil sentezleyebilmek için gerekli
olan potansiyele
sahiptirler. 9,8,2,4,20,21
Ultra - Viole ( UV ) Işınlarının Bitkiler Üzerine Etki Mekanizması : Canlıların
yaşadığı ortamdaki faktörlerin tümüne çevre
koşulları denir. Hiçbir organizma
çevresinden bağımsız değildir. Her canlı etrafında ki inorganik
ve organik
faktörlerden etkilenir ve onları etkiler. Böylece doğal
sistemlerde sürekli bir
; organizma çevre, çevre–organizma ve organizma–organizma
etkileşimi söz
konusu olmaktadır.Tüm canlılar gibi bitkilerde sayısız
küçük hücrelerden oluşan
birer organizmadırlar. Ne var ki bitkileri diğer canlı gruplarından
ayıran
temel özellikleri, kendi kendini besleme yetenekleridir (Ototrofik organizma). 8,4,5,6
Ekoloji bilimi bu çevre koşullarını üç ana grup altında inceler ; 2. Toprak faktörleri : Toprağın; fiziği, kimyası, suyu, havası ve sıcaklığı 3. Biyolojik Faktörler : Toprak altında ve üstünde yaşayan tüm canlılar Doğal
vejetasyonun
oluşumu ve kültür bitkilerinin yeryüzünde ki
dağılım sorunları büyük
oranda iklim koşullarına
bağlıdır. İklim, ana öğeleri olan ışık, sıcaklık ve su
faktörlerine göre
makro ve mikro iklim tiplerine ayrılır. Bu iklim tiplerinin de
oluşmasında şu
coğrafik faktörler etkili olmaktadır ;
1.
Enlem dereceleri
2. Deniz yüzeyinden yükseklik 3. Büyük su kitlelerinden uzaklık 4. Okyanuslardaki sıcak ve soğuk su akımları 5. Hakim rüzgarların yönü ve şiddeti. Yukarıda
ifade ettiğimiz ototrofik özelliklerinden dolayı bitkiler doğrudan
güneşten gelen enerjiyi kullanarak yerine
getirdikleri iki temel fizyolojik faaliyet bulunmaktadır. Bunlar fotosentez
ve transpirasyondur.
Diğer fizyolojik olaylar ise respirasyon, translokasyon,
ozmoz, su alımı, besin
maddelerinin alımı ve pigmentlerin oluşmasıdır. 4,5,8
Güneş
ışınlarının bu enerjisi elektromagnetik enerji olan çok yoğun,
küçük partikül
demetlerinden oluşur. Bu
partiküllere foton
denir ve bunların bir dalga boyu (λ) vardır. Planck
denkleminden ışığın ve fotonların sahip olduğu enerji seviyesi (E
hesaplanmaktadır. 6,7,4,12
Bu
denklem
göstermiştir ki fotonların yoğunluğu ve hızları
yükseldikçe, elektronların
birbirini itme oranı dolayısıyla sahip oldukları enerji
yükselmektedir. Diğer
bir ifadeyle fotonların sahip olduğu enerji , partikül
dalgalarının dalga
boyuna ters orantılıdır. 6,7
![]() Fotosentez için gerekli orta dalga boylu ışınların (400–760 nm) sahip oldukları enerji 150–300 kj/mol arasındadır. Ultra viole dediğimiz çıplak gözle fark edilmeyen ışınların (200–400 nm) sahip olduğu enerji seviyeleri 300–600 kj/mol arasındadır. Bitkilerin yapısını oluşturan selüloz, hemiselüloz ve lignin’de ki; carbon–arbon, carbon–oksijen carbon–hidrojen arasındaki bağlanma enerjisinin 280–500 kj/mol olduğu bilinmektedir. Böylece 400 nm den daha az (kısa dalga boylu ışınlar UV) fotonların bitkilerin yapısını oluşturan bir çok kimyasal bağı koparmaya ve böylece yeni reaksiyonların oluşmasına yetecek enerjiye sahip olduğu anlaşılmıştır (Tablo 1). 6,7,418,19,20
Yapılan
araştırmalar
göstermiştir ki, 280 nm den daha
uzun dalga boyundaki UV ışınların bitki dokularındaki polimer
zincirlerin
kopmasına ve karbon 1 (C1)–karbon 5(C5) ten H
nin
uzaklaşmasına sebep olduğu, 254 nm ve daha uzun dalga boyunda ki UV ışınlarının ise karbon 5 (C5)–karbon
6 (C6) dan ve selüloz yan zincirlerinden metil
gruplarının
uzaklaştırılmasına, serbest radikal oluşumuna sebep
olduğu ESR (electron spin resonance)
ölçümleri sonucunda
açıklanmıştır. 6,7,4,22,23,24 İyonik bağlar;
metallerle ametaller arasında meydana
gelen bağlardır. Metaller elektron vererek (+) yüklü iyon,
ametaller
elektron alarak (-) yüklü iyon oluştururlar. Bu zıt
yüklü iki iyonun
birbirlerini coulomb çekim kuvveti ile çekmesinden iyonik
bağlar oluşur ve çok
kuvvetli bağlardır. (NaCl, Al2S3 vb.) Kovalent bağlar;
ametallerin (C, N, P, O, H vb) kendi
aralarında elektron ortaklığı ile
oluşturdukları bağlardır. Hidrojenin atom numarası 1 olduğundan bir
tane
elektronu vardır. İki hidrojen
atomu
arasındaki bu birer elektronun
etkileşmesinden H2 molekülü oluşur ve H–H
şeklinde gösterilir. Farklı cins ametal atomları (C–O, C–H,
O–H vb) arasında oluşan bağ apolar, aynı cins ametal atomları arasında oluşan bağ
polar dır. Tüm kovalent
bağlar zayıf bağlardır. 15,1, 2,,27,28 Yukarıda
özetlenen
reaksiyonlardan da anlaşılacağı üzere
dış atmosferik şartlarda ışınların sebep olduğu kimyasal reaksiyonlar
bitkisel
dokularda önemli derecede bozulmalara ve değişmelere neden olur.
Makroskobik
olarak gözlenebilen en belirgin farklılıklar ise doğal renklerde
meydana gelen
farklılaşmalar (koyuluk, açıklık, parlaklık) ile
yüzeylerde oluşan
bozulmalardır (sertlik, yumuşaklık ve koku). Örneğin;
bitkilerde güneş
ışığının varlığında üretilebilen klorofilin (yeşil renk pigmenti)
bulunduğu
hücrede aynı zamanda sarı renk pigmentleri olan karotin’de
bulunur. Karanlıkta
oluşan herhangi bir yaprak sarı renklidir ve yeterli karbonhidrat
üretemez.
Çok sık ekilen, tabanda yeterli güneş ışığı bulamayan ve
kar altında gelişen
bitkiler sarı renkli olurlar. 4,5,6,26,27,28 Yine ışığın
(fotonların) sahip olduğu enerjiyi gösteren
bir çalışmada kimyacı N. Semyenov;
cam
bir kap içinde klor ve hidrojen gaz karışımının (normal
koşullarda bu iki
element çok yavaş tepkimeye girer) bulunduğu bir
ortamda, bu kabın yakınında bir magnezyum çubuk
yakmıştır ve anında
bir patlama olduğunu gözlemlemiştir. Kabı 700oC ye
kadar ısıtmış
olsaydı yine patlayacaktı. Klor ve hidrojen hızla birleşecekti bu durum
şaşırtıcı olamayacaktı çünkü ısının moleküllerin
aktifleşme enerjisini birkaç
kat arttırdığı bilinmektedir. Oysa söz konusu bu deneyde sıcaklık
değişmemişti, tepkimeye ışık
neden olmuştu. Bir klor
molekülü bir ışık fotonuyla karşılaşınca, foton onu
atomlarına ayrıştırır ve
enerjisini ona aktarır. Klor atomları uyarılmış ve enerji bakımından
zengin
duruma geçmiş olur. Bu atomlar hareket eden hidrojen
moleküllerini zorlayarak
onları da atomlarına ayırırlar. Bu atomlardan biri klor atomuyla
birleşir ve
diğeri özgür kalır, ama uyarılmış durumdadır. Enerjisinin
bir kısmını vermeye
çalışır. Böylece kimya biliminde zincir tepkimeler
olarak adlandırılan reaksiyon meydana gelmiş olur. ( 17 )
Yeryüzüne
ulaşan güneş ışınları dalga
boylarına göre üç gruba ayrılırlar : 1.
Kısa
dalga boylu
ışınlar:<400
milimikrondan küçük olan ultra-viole
(UV) ve gama ışınlarıdır. Gözle görülemeyen bu ışınlar tüm
canlılar için zararlıdırlar.
2. Orta dalga boylu ışınlar : 400 – 760 milimikron arasında olan, gözle görülebilen çeşitli renkleri oluşturan ve bitkilerin fotosentezde kullandıkları ışınlardır. Bunlar üç gruba ayılırlar; a ) 400–500 Milimikron dalga boylu ışınlar; mavi–menekşe ışınlar olarak bilinir ve klorofil, karatinoid ve diğer hücre öğeleri tarafından absorbe edilirler. Çiçeklenme ve protein sentezi üzerinde etkilidirler. b ) 500–600 Milimikron dalga boylu ışınlar; yeşil–sarı ışınlar olarak bilinir ve kısmen yapraklardan yansır, kısmen de klorofil tarafından tutulurlar, genel olarak transpirasyonda etkilidirler. c ) 600–760
Milimikron dalga boylu
ışınlar; turuncu kırmızı ışınlar olarak bilinir ve fotosentezde en
çok kullanılan, fizyolojik aktivitesi en yüksek ışık
ışınlarıdırlar. Klorofil
tarafından
absorbe edilip
en yüksek derecede organik madde üretimini sağlarlar.
Bu dalga
boylarında ki
ışığın yoğunluğu ve süresi;
mevsimlere, arazinin topoğrafik durumuna, günün saatine,
enlem derecesine,
atmosferin bileşimine, su yüzeyleri ve kar örtüsü
gibi faktörlere göre
değişir. 4,5,2 Bir yerin
denizden
yüksekliği artıkça ışık yoğunluğu da
artar. Yükseklerde hava içerisinde katı, toz ve duman gibi
maddeler azdır.
Güneşten gelen kısa dalga boylu ışınları tutan maddeler fazla
olmadığından ,
yükseklerde daha kısa dalga boylu ışınlar bitkilere zararlı etkide
bulunurlar.
Yükseklerde bitkilerin bodur olması ve belli bir yükseklikten
sonra bitkilerin
görülmemesi bundan ileri gelir. Yükseklere
çıkıldıkça ışık yoğunluğu ile
ışıklanma süresi de uzar. 4,5,26,27 Aynı şekilde kış
mevsiminde de ışık yoğunluğu azdır. Çünkü
yeryüzüne eğik gelen güneş ışınları daha uzun bir
atmosfer tabakasından
geçeceğinden önemli bir kısmı atmosfer tarafından absorbe
edilir. Hava
içerisinde ki su baharının da ışık üzerinde etkisi
büyüktür. Havada ki su
baharı arttıkça ışığı emme gücüde artar , kuru havada
ki ışık daha parlaktır.
Bulutlu bir gündeki ışık yoğunluğu normal bir günde ki ışık
yoğunluğunun % 4’ü
kadardır. Bu gibi koşullarda özellikle uzun dalga boylu ışınlar
hava nemi
tarafından absorbe edilir , orta ve kısa dalga boylu ışınlar
yansıtılır. İşte
bu nedenlerden dolayı yükseklerdeki bitki örtüsü
ile alçaklarda ki bitki örtüsü
arasında gerek morfolojik ve gerekse fizyolojik büyük
farklara vardır. 4,5,2,8
Kaynaklar :
2.Tekman,Ş.,Öner,N.1981. Genel Biokimya. İstanbul Ünv. Eczacılık Fak. No:30 İSTANBUL. 3.Bilgener,Ş.K.1998. Fındık ve Kestane Yaprak ve Sürgünlerinde Fenolik Madde İçeriklerinin Mevsimsel Değişimleri. Ondokuz Mayıs Ünv. Ziraat Fak. Tübitak 23 ( 1999 ) SAMSUN. 4.Genç,İ.,Tükel,T.1992. Tarımsal Ekoloji. Çukurova Ünv. Ziraat Fak. No:29 ADANA. 5.Ağaoğlu,S.,Ayfer,M.,Fidan,Y.1987. Bahçe Bitkileri. Ankara Ünv. No:31 ANKARA. 6.Şahin,T.H.2002. Odun ve Selülozda Meydana Gelen Renk Değişmeleri Üzerine Araştırmalar. Süleyman Demirel Ünv. Orman Fak. Dergisi Sayı:2 ISPARTA. 7.Gürkahraman,M.,Pehlivan,D.1998. Odunun Sabit Yatak ve Atmosferik Şartlarda Ekstraksiyonu. Fırat Ünv. Kimya Müh. Tübitak 23 ( 1999 ) ELAZIĞ. 8.Tosun,F.1991. Bitki Yetiştiriciliğinin Fizyolojik Esasları. Ondokuz Mayıs Ünv. Ziraat Fak. SAMSUN. 9.http://www.biltek.tubitak.gov.tr/merak_ettikleriniz/arama.php 10.http://www.eczders.anadolu.edu.tr/farm1/nk1018.htm 11.http://www.nivea.com.tr/staringredients.php 12.Meydan Larousse 4.Cilt ( Sy: 386, 593 , 782 ) 13.http://egitek.meb.gov.tr/aok/Aok_Kitaplar/AolKitaplar/Kimya_5_6/11.pdf 14.http://www.rirdc.gov.au/fullreports/index.htm 15.http://www.kimyaevi.org 16.Yenil,N., Ay,K.2004. Biyolojik Aktiviteye Sahip Olan Bazı Karbonhidrat Orto Ester Türevleri. Celal Bayar Üvn. Fen – Edb. Fak. Kimya Böl. Fen Bilimleri Dergisi Simga 2004/3 MANİSA. 17.L,Vlasov.,D,Trifonov. 2003. 107 Kimya Öyküsü. Tübitak Yayınları . No:26 ANKARA. 18. http://news.bbc.co.uk/2/hi/health/5298404.stm 19. http://www.friedli.com/herbs/phytochem/flavonoids.html 20. http://www.nal.usda.gov/fnic/foodcomp/Data/Flav/flav.pdf 21. http://www.ars.usda.gov/is/np/phenolics/illus/phenfig4.htm 22. http://publications.nigms.nih.gov/findings/feb04/lau_files/800x600/slide3.html 23. http://www.bentham.org/cmciema/sample/cmciema1-1/vaya/vaya-ms.htm 24. http://www.scielo.cl/fbpe/img/bres/v33n2/img02.gif 25. http://www.ar.wroc.pl/~weber/powstaw2.htm 26. http://www.worthington-biochem.com/TY/default.html 27. http://www.enzyme-database.org/reaction/phenol/flavonoid.html 28. http://lpi.oregonstate.edu/infocenter/phytochemicals/flavonoids/basicflav.html |