Biyoloji

Fotosentez

Bitki kloroplastları, güneş enerjisini besinlerin yapısındaki kullanılabilir kimyasal enerji formuna dönüştürür. Besinlerin yapısındaki bu kimyasal enerji solunumla açığa çıkarılarak metabolik etkinliklerde kullanılır.

kloroplast ve mitokondri ilişkisi

Fotosentezle ışık enerjisi besinlerin yapısındaki kimyasal enerjiye dönüştürülür. Oksijen gazı üretilir ve atmosferdeki gaz dengesi sağlanır.

Fotosentezle organik molekül sentezlenmesi sırasında, karbon kaynağı olarak karbondioksit, hidrojen kaynağı olarak su kullanılır. Açığa çıkan oksijenin temel kaynağı da sudur.

Güneş Işığı

Işık, foton adı verilen enerji yüklü taneciklerden oluşur. Dalgalar halinde yayılan fotonun oluşturduğu iki ardışık tepe arasındaki mesafeye dalga boyu denir. İnsan gözü 380 nm ile 750 nm arasındaki dalga boyuna sahip ışığı görebilir.

Bitkiler fotosentez yaparken güneşin yaydığı elektromanyetik ışınlardan, görünür dalga boyunda olanların fotonlardaki enerjiyi kullanır.

Fotosentez Pigmentleri

Işık bir cisme çarptığı zaman cisim tarafından yansıtılabilir, emilebilir ve cismin içinden geçebilir.

Klorofil çeşitli dalga boylarındaki ışığı emerek bitkide fotosentez olayının gerçekleşmesini sağlayan yeşil renkli bir pigmenttir. Çözünürlük ve ışığı soğurma yönüyle farklılık gösteren iki çeşit klorofilden klorofil-a, tüm yeşil bitkilerde, klorofil-b ise bazı yeşil bitkilerde ve alglerde bulunur. Her iki klorofil molekülü de mavi ve kırmızı dalga boylu ışınları büyük oranda emerken, yeşil ışığı büyük oranda yansıtır ve geçirir.

Işığı emen pigmentler, proteinler ve diğer moleküller kloroplast organelinin tilakoyit zarında fotosistem adı verilen birimler halinde düzenlenir. Fotosistemler güneş ışığı aldıkları zaman uyarılır ve faaliyete geçerler.

Fotosentez Tepkimeleri

Fotosentez her biri çok sayıda basamaklar içeren iki evrede gerçekleşir. Bu evreler ışığa bağımlı tepkimeler ve karbon tutma tepkimeleri şeklindedir.

Işığa Bağımlı Tepkimeler

Kloroplastların tilakoid zarında (grana) meydana gelir. Işık enerjisi ATP ve NADPH formundaki kimyasal enerjiye dönüştürülür. Kloroplast granalarında klorofilin ışığı emmesiyle serbest kalan elektronu tutabilecek elektron taşıma sistemi bulunur. 

Bu sistemde elektron bir molekülden diğerine aktarılırken açığa çıkan enerji kullanılarak ATP üretilir. Bu olaya fotofosforilasyon denir.

Fotofosforilasyon tepkimeleri devirsiz fotofosforilasyon ve devirli fotofosforilasyon olmak üzere iki yolla gerçekleşir.

Devirsiz fotofosforilasyonda klorofil-a molekülünün yer aldığı iki ayrı fotosistem (FS-I ve FS-II) görev alır.

Devirli fotofosforilasyonda ışık, FS-I ve FS-II görev alır. FS-I'in tepkime merkezinden kopan elektron ilk alıcı tarafından tutulur. ETS'ye aktarılan elektronlar FS-I'in merkezindeki klorofil-a'ya dönerken ATP üretir.

Karbon Tutma Tepkimeleri

Karbon tutma tepkimeleri kloroplastların stromalarında gerçekleşir. Karbon tutma tepkimeleri metabolik enzimlerle yürüdüğünden sıcaklığa karşı duyarlıdır.

Bu tepkimelerde 1 molekül CO2'nin indirgenip besin yapısına katılabilmesi için tepkimede 3 ATP ve 2 NADPH gereklidir.

Fotosentez Hızını Etkileyen Etmenler

Fotosentez hızı, fotosentezi etkileyen faktörlerin en düşük olanına göre belirlenir. Buna minimum yasası denir. Örneğin, CO2 miktarlarının düşük olduğu ortamda ışık şiddeti arttırılsa bile fotosentez hızlanmaz. Burada fotosentez hızını sınırlayan faktör CO2 miktarıdır.

Fotosentez hızını etkileyen faktörler çevresel ve genetik faktörler olarak ikiye ayrılır. Çevresel faktörler karbondioksit miktarı, ışık, sıcaklık, mineral tuzlarıdır.

Çevresel faktörlerden karbondioksit yoğunluğu ve ışık şiddeti arttıkça fotosentez hızı da belirli bir evreye kadar artar. Belli bir noktada bitki maksimum kapasitesini kullanmıştır ve artık fotosentez hızı artmaz. Sıcaklık artışıyla ise belli bir noktaya kadar artan fotosentez belli bir noktadan sonra düşmeye başlar. Çünkü görev yapan enzimler  zarar görebilir.

Genetik faktörler ise kloroplast sayısı, yaprak genişliği, kütiküla kalınlığı gibi bitkinin türü ile ilgili olan faktörlerdir.

Kemosentez

Bazı bakteriler inorganik maddelerin oksidasyonu sonucu açığa çıkan enerjiyi kullanarak organik besin sentezler. Bu olaya kemosentez senir. Fotosentezden ayrı olarak güneş ışığına ihtiyaç duyulmaz. Kemosentetik bakteriler zehirli maddelerin zehirsizleştirilmesi ve bazı elementlerin doğada devirli olarak kullanılmasında görev alır.