Öncelikle fotosentezin ne olduğundan başlayalım. Fotosentez, bitkilerin ve mavi-yeşil alglerin güneşin enerjisini kullanıp bunu şeker ve oksijene dönüştürmesidir. Bu olay neredeyse tüm organizmalar için hayati derecede önem taşıyan karmaşık bir dizi prosesler içerir. Peki bu prosesler nasıl işler?
Bitkiler ototrofik canlılardır. Yani kendi besinlerini üretebilirler. Hatta bu besinleri biz insanlar ve diğer canlılarda kullanmaktadır. Bitkilerin bu şekilde besin üretmesini sağlayan temel şey güneştir. Eğer güneş olmasaydı, fotosentez gerçekleşmezdi. Bunun sonucunda da dünyamızda bir yaşam sürdürmek mümkün olmazdı.
Fotosentez kimyasal reaksiyonlarla gerçekleşir. Karbondioksit, ışık enerjisi ve su sayesinde bitkiler fotosentezi gerçekleştirip şeker ve oksijen üretirler. Hatta güneş enerjisine bu reaksiyonun katalizörü diyebiliriz. Fotosentez sonucunda üretilen şekerler, bitkisel kökenli enerji kaynağı olarak kullanılır.
Bitkiler, fotosentez yapabilmek için Fotosentetik Aktif Radyasyon (FAR) adı verilen ışık spektrumunun belirli kısımlarını kullanırlar. (Şekil 1)
Şekil 1. Çizgi yüksekliği arttıkça, bitkiler dalga boyuna ve açık renge hassasiyet gösterir. Bir bitkinin fotosentetik etkinliği 400 – 700 nm dalga boyu aralığındadır.
Yapraklar neden genel olarak yeşil renklidir?
Bitkilerin fotosentez için güneş enerjisini kullandığını söylemiştik. İlginç olan ise kullandıkları bu enerji güneşin yaydığı enerjinin %5’inden bile küçük olmasıdır. Bitkiler, fotosentez işlemini bitki hücrelerinde bulunan kloroplastlarda gerçekleştirir. Kloroplast organali, güneş ışığını emmekle görevli olan klorofil (yeşil renkli pigment) içerir. Bitkiler genellikle mor ve kırmızı ışığı emen klorofil a ile mavi ve kırmızı ışığı emen klorofil b içerir. Her iki klorofil türü de yeşil ışığı yansıtır, böylece yapraklar renkli görünür. Klorofil b ve karoteneoidlere (kloroplastta bulunan başka bir pigment) aksesuar pigmentler denir. Klorofil içeren kloroplastlar, tilakoid denilen zarlarda yer alır. Fotosentezin genel denklemi şu şekildedir.
6CO2+6H2O+güneş enerjisi →C6H12O6 +6O2
Fotosentez Evreleri
Fotosentezin nasıl gerçekleştiği hakkında genel bir fikir sahibi olduk ancak şimdi işin daha detaylı ve kimyasal basamaklarını içeren kısımlarını inceleyelim.
- Bitkilerde fotosentez genel olarak yaprak kısımlarında gerçekleşir. Çünkü yaprak fotosentez için gerekli hammaddeleri alabilecek en uygun kısımdır. Karbondioksit ve oksijen stoma denilen gözenekli kısımlardan yapraklara girer ve çıkar. Su damarlar yoluyla köklerden alınır. Yapraklardaki klorofil güneş ışığını emer.
- Fotosentezde, ışıkda gerçekleşen ve karanlıkta gerçekleşen reaksiyonlar olarak iki kısıma ayrılır;
- Işıkta gerçekleşen reaksiyonda, ATP (adenozin trifosfat) adlı molekülü üretmek için güneş enerjisi kullanılır.,
- Karanlıkta gerçekleşen reaksiyonda, ATP Krebs (Calvin Döngüsü) yapmak için kullanılır.
- Klorofil ve diğer karotenoidler anten kompleksleri olarak adlandırılır. Anten kompleksleri iki çeşit fotokimyasal enerjiyi reaksiyon merkezlerinden birine aktarır. Fotokimyasal reaksiyon merkezleri, kloroplastın tilakoid membranı üzerinde yer alır. Uyarılmış elektronlar, reaksiyon merkezini oksitleyip ortamı elektron alıcılarına aktarır.
- Karanlıkta gerçekleşen reaksiyonlar, ışıkta gerçekleşen reaksiyonlar sonucu üretilen ATP ve NADPH maddelerini kullanarak karbondioksit üretir.
Fotosentez basamaklarını incelediğimizde fotosentez reaksiyonlarının ışıkda ve karanlıkta gerçekleşen reaksiyonlar olarak iki ana gruba ayrıldığını gördük. Şimdi de bu iki ana grupta gerçekleşen reaksiyonları inceleyelim.
Fotosentezin Işıklı Evre Reaksiyonları
Fotosentez sırasında ışığın bütün dalga boyları emilmez. Çoğu bitkinin rengi olan yeşil aslında bitkilerin yansıttığı renktir. Emilen ışık suyu hidrojen ve oksijene ayırır:
H2O+ ışık enerjisi →1/2O2 + 2H+ 2 elektron
- Fotosistemden gelen hareketli elektronlar Oksitlenmiş P700’ü azaltmak için bir elektron taşıma zinciri kullanabilirler. Bu da ATP oluşturabilen bir proton gradyanı oluşturulmasına neden olur. Döngüsel fosforilasyon adı verilen bu elektron akış döngüsü sonucunda ATP ve P700’ün üretilir.
- Fotosistemden gelen hareketli elektronlar karbonhidrat sentezlemek için kullanılan NADPH’ı üretmek için farklı bir elektron taşıma zinciri ağı kullanabilirler. Bu ağ, P700’ün Fotosistem II’den muaf tutulan bir elektron tarafından azaltıldığı, döngüsel olmayan bir yoldur.
- Fotosistem II’den gelen hareketli bir elektron, uyarılmış P680’den uyarılmış P700 formuna döner ve bir elektron taşıma zincirinden aşağı akar. ATP üreten stroma ve tilakoidler arasında proton gradyanı oluşturur. Bu reaksiyona siklik olmayan fotofosforilasyon denir.
- Su, azalmış P680 sayısını arttırmak için gereken elektrona katkıda bulunur. Her NADP + molekülünün NADPH’ye indirgenmesi için iki elektron ve dört foton kullanılır . İki ATP molekülü oluşur.
Fotosentezin Karanlık Evre Reaksiyonları
Karanlık reaksiyonlar ışık gerektirmez, ancak ışık olması da bu reaksiyonların oluşumunu engellenmez. Çoğu bitki, karanlık reaksiyonları gündüz gerçekleştirir. Karanlık reaksiyon, kloroplastın stroma’sında meydana gelir. Bu reaksiyona karbon fiksasyonu veya Calvin döngüsü denir. Bu reaksiyon sonucunda karbondioksit ATP ve NADPH kullanılarak şekere dönüştürülür. Karbon dioksit, 6 karbonlu bir şeker oluşturmak için 5 karbonlu bir şekerle tepkimeye girer. 6 karbonlu şeker, glikoz ve fruktoz olmak üzere iki şeker molekülüne ayrılır. Bu reaksiyon dizisinin gerçekleşmesi için 72 foton ışığı gerekir.
Fotosentezi Etkileyen Faktörler
Işık Kalitesi:
Önceden belirtildiği gibi, bitkiler FAR radyasyonuna maruz kaldıklarında fotosentez yaparlar; bu ışık kalitesinin önemini ifade eder (Şekil 1). Yapraklar neden genellikle yeşil renklidir kısmında klorofilin mavi, mor ve kırmızı ışığı daha verimli bir şekilde emdiğinden söz etmiştik. Bu nedenle, bitkileri belirli bir yoğunlukta (enerji miktarı) bu ışık kalitesine maruz bırakmak fotosentez için önemlidir.
Işık Şiddeti:
Işığın fotosentez için öneminden bahsettik peki ya şiddeti nasıl olmalı? Işık yoğunluğu yani başka bir deyişle bir ışık kaynağından gelen enerji miktarı arttıkça, fotosentez hızı artar. Ancak aşırı ışık yoğunluğu da klorofilin zarar görmesine neden olabilir.
Sıcaklık:
Sıcaklık, Calvin döngüsü sırasında gerçekleşen kimyasal reaksiyonlarda kullanılan enzimlerin aktivitelerini etkiler. Bu nedenle uygun sıcaklık aralığı fotosentez için önem taşır.
Karbondioksit:
Fotosentezin gerçekleşmesi için ortamda mutlaka karbondioksit bulunmalıdır. Eğer ortamda karbondioksit yoksa fotosentezin gerçekleşmesi mümkün değildir.
Hazırlayan: Rabiye Baştürk
Kaynak: 1 (Erişim: July 03, 2019) 2 (Erişim: July 03, 2019 ) 3 (Erişim: July 03, 2019)
