Merhaba arkadaşlar size bu yazımızda Biyoloji Konuları hakkında bilgi vereceğiz. Yazımızı okuyarak  bilgi sahibi olabilirsiniz. Fotosentez? sorusunun cevabı aşağıda sizleri bekliyor…

Fotosentez

• Fotosentez Nedir?
• Fotosentezin Canlılar İçin Önemi
• Fotosentezin Evreleri
• Fotosentez Hızını Etkileyen Faktörleri
• Çevresel Faktörler
• Genetik Faktörler

Fotosentez Nedir?

Bitkilerin CO2 ve H2O gibi inorganik maddelerden güneş enerjisi ve klorofil yardımı ile organik besin üretmeleridir. Bu sırada atmosfere yan ürün olarak O2 verilir. İnorganik maddelerden organik maddeler (besin) üretmektir.

Fotosentez Denklemi: 6CO2 + 6H2O —–(Işık/Klorofil)———–C6H12O6 + 6O2

Fotosentezin Canlılar İçin Önemi

– Fotosentez ile havada canlıların kullanmadığı kirli gaz olan karbondioksit (CO2) alınır ve onun yerine atmosfere temiz hava olan oksijen verilir. Yani kısaca fotosentez havayı temizler.
– Fotosentezin ana ürünü oksijendir. Atmosferde yer alan oksijenin %30 kara bitkilerinin fotosentezi sonucu, %70 ise deniz ve okyanuslarda bulunan bitkiler algler ve bazı bakteriler tarafından sağlanmaktadır.
– Fotosentez ile güneş enerjisi daha sonra kullanılabilecek enerji türlerine dönüştürülür.
– Güneş enerjisini kullanılarak havadaki karbondioksit, nişasta ve diğer yüksek enerjili karbonhidratlara dönüştürülür.
– Fotosentez olayı ile güneş ışıklarındaki enerji bitkilere bitkilerde farklı enerji türlerine dönüştürüldüğü için biz insanlar ve diğer canlılar bu bitkileri yiyerek enerji ve besin elde etmiş oluruz.
– Biz insanların kullanmış olduğu odun, kömür, petrol ve doğalgaz gibi enerjiler fotosentez olayı ile elde edimiş enerji türleridir.
– Fotosentez olayı ile canlılar için büyük öneme sahip olan karbondioksit-oksijen dengesi sağlanır.
– Üreticiler olarak adlandırılan canlıların fotosentez yapması ile dünyadaki ısı dengesi sağlanmaktadır.
– Bitkiler yaptıkları fotosentez sonucu oksijen ve glikoz (basit şeker) üretirler.
– Fotosentez ile enerji dönüşümü yapan bitkileri tüketerek biz insanlar enerji elde etmiş oluruz. Bu bitkileri tüketen hayvanlarıda tüketerek daha farklı enerji ve besini tüketmiş oluruz.

Fotosentezin Evreleri

Fotosentez, iki ana basamakta gerçekleşir.

– Birinci basamakta ışık enerjisi, hücrenin doğrudan kullanabileceği kimyasal enerjiye dönüştürülür. Dönüşüm sırasında mutlaka ışık enerjisi kullanıldığından bu olaya ışığa bağımlı reaksiyonlar denir.

– İkinci basamakta CO2 kullanılarak birinci basamaktan gelen ATP ve NADPH molekülleri yardımıyla organik madde sentezlenir. Bir dizi kimyasal tepkimelerin gerçekleştiği bu basamağa ışıktan bağımsız reaksiyonlar denir.

Işığa Bağlı Reaksiyonlar

Işığa bağımlı reaksiyonlar; ökaryot hücrelerdeki kloroplastın granalarında, prokaryotların hücre zarı kıvrımlarında gerçekleşir. Bu reaksiyonlar ışık olmadan gerçekleşmez. Bu evrede; ışık enerjisi, kimyasal enerjiye dönüştürülüp ATP içerisinde geçici olarak depolanır. Ayrıca klorofil tarafından soğurulan ışığın bir kısmı ile su molekülleri parçalanır. Bu olaya fotoliz denir.

Suyun parçalanması ile açığa çıkan hidrojenler (H+), bir çeşit koenzim olan NADP+ (nikotinamid adenin dinükleotit fosfat) ile tutularak NADPH molekülü üretilir. Fotoliz sonucu açığa çıkan oksijenin fazlası, atmosfere bu evrede verilir.

1937 yılında ortamda ışık, su ve uygun bir hidrojen yakalayıcısı bulunduğunda kloroplastların CO2 olmadan O2 oluşturabildiklerini görmüştür. Elektron alıcısının sudaki hidrojeni tutarak oksijeni serbest bırakmasına bu nedenle Hill reaksiyonu adı verilmiştir.

Işığa bağımlı reaksiyonlarda ATP sentezi için klorofilin ışığı soğurması ve ışık tarafından uyarılmış elektronların klorofilden ayrılması gerekir. Elektronlardaki enerjiden ATP sentezi yapılabilmesi için elektronları tutabilecek bir sisteme ihtiyaç duyulur. Bu amaçla kloroplastların granumlarında elektron taşıma sistemi (ETS) yer alır.

Klorofilden ayrılan elektronlar, yükseltgenme ve indirgenme kurallarına göre ETS’de bulunan bir molekülden diğerine aktarılır. Bu aktarım sırasında elektronlardaki enerjinin bir kısmı ile ATP sentezlenirken bir kısmı da ısı enerjisi şeklinde sistemden uzaklaştırılır. Bu şekilde ışık enerjisi yardımıyla ATP sentezlenmesine fotofosforilasyon denir.

Işığa bağımlı reaksiyonlar sırasında üretilen NADPH ve ATP ışıktan bağımsız reaksiyonlara aktarılarak organik madde sentezinde kullanılır.

Işıktan Bağımsız Reaksiyonlar

Işıktan bağımsız reaksiyonlar kloroplastın stromasında gerçekleşir. Enzimatik yönü yüksek olan tepkimeler olduğu için sıcaklık değişimlerine karşı hassastır.

CO2, ATP ve NADPH kullanılarak basit şekerler sentezlenir.CO2 atmosferden alınır. NADPH yükseltgenir.

Işık doğrudan kullanılmadığı için bu aşamaya ”ışıktan bağımsız reaksiyonlar” adı verilir.  Işıktan bağımsız reaksiyonlar rubisko (ribuloz bifosfat karboksilaz) enzimi sayesinde 5 karbonlu RDP (ribuloz difosfat) molekülüne CO2 eklenerek 6C’lu kararsız bir ara bileşiğin oluşması ile başlar.

-6C’lu kararsız ara bileşik enzimlerle parçalanır ve iki molekül 3C’lu fosfogliserik asit (PGA) oluşur. PGA’dan, ATP ve NADPH harcanarak fosfogliseraldehit (PGAL) oluşur. PGAL’in bir kısmından ribuloz mono fosfat (RMP) sonra da RDP sentezlenerek ışıktan bağımsız reaksiyonların sürekliliği sağlanmış olur.

Işıktan bağımsız tepkimelerde üretilen PGAL, deyim yerinde ise her derde deva bir moleküldür diyorum. Çünkü; PGAL’in bir kısmından önce ribuloz mono fosdat (RMP) sonra da RDP sentezlenerek ışıktan bağımsız reaksiyonların sürekliliği sağlanmış olur. PGAL’in bir kısmından ise glikoz sentezlenir. Glikozun fazlası lökoplastlarda nişastaya dönüştürülerek bitkinin kök tohum, ve meyve gibi yapılarında depo edilir.

PGAL’in bir bölümü yağ asidi ve gliserol yapımında kullanılır. Bir bölümü ile de amino asit, vitamin ve organik bazlar sentezlenir. Bu dönüşümler sırasında topraktan su ile alınan N, S, Fe, Mg gibi mineral maddeler de kullanılabilir.

Fotosentez Hızını Etkileyen Faktörleri

Fotosentetik bir hücrenin birim zamanda ortamdan aldığı CO2 veya ürettiği O2 miktarı fotosentez hızını gösterir.  Fotosentez aynı anda birden çok faktörün etkisi altındadır. Bu durumda fotosentezin hızını, (bitkinin ihtiyacına göre) miktarı en az olan faktör belirler. Buna minimum yasası denir.

Fotosentez hızını etkileyen faktörler çevresel ve genetik olmak üzere ikiye ayrılır.

Çevresel Faktörler

1. Karbondioksit Miktarı

Fotosentez olayının karanlık evresinde işlev gören karbondioksit (CO2), ışıktan bağımsız fotosentez tepkimelerinin başlaması için olmazsa olmazdır.

Karbondioksit miktarının artmasıyla orantılı olarak fotosentez hızıda artar ancak daha sonra sabit kalır. Karbondioksitin artmasına rağmen fotosentez hızının sabit kalmasının nedeni ise ortamda bulunan karbondioksit (CO2) yoğunluğu belirli bir sınırın altına düşerse bitki fotosentez yapamaz. Bu sınır biyoloji kitapların yaklaşık olarak % 0,005 olarak geçmektedir.

Kalsiyum hidroksit veya potasyum hidroksit gibi karbondioksit bağlayan bileşiklerin bulunduğu ortamlarda fotosentez gerçekleşmez.

2. Işık Şiddeti

Bitkiler ışıksız ortamda fotosentez yapamaz. Işık, fotosentezin ışığa bağımlı tepkimelerinde ATP ve NADPH+H+ sentezlenmesinde kullanılır. Işık şiddeti arttıkça fotosentez hızı belirli bir seviyeye kadar artar, sonra sabit kalır.

3. Işığın Dalga Boyu

Daha önceki yazılarımızı okuduysanız Theodore Engelmann adlı biyoloji bilim insanın yapmış olduğu Engelman deneyi ile ışığın dalga boyunun fotosentez hızına etkisi belli olmaktadır. Engelmann beyaz ışığı prizmadan geçirerek kırmızı, turuncu, mor, sarı, yeşil ve mavi ışınları ayırmış, yeşil alg ve oksijenli solunum yapan bakterilerin bu ışınlarındaki etkisine bakmıştır.

Engelman deneyinin sonucu olarak, bakteriler en fazla mavi ve mor dalga boylarında en az ise yeşil dalga boylarında fotosentez yapmıştır. Işığın dalga boyunun fotosentez hızına etki eden faktörler arasında yer alması engelman deneyi kanıtlanmıştır.

Fotosentez hızı en çok mavi ve mor dalga boylarında artmaktadır. fotosentez hızının en aza indiği ışık dalga boyu ise yeşildir.

4. Su Miktarı

Fotosentezin ışığa bağımlı reaksiyonlarında su, iyonlarına ayrılarak fotositem II için elektron, NADP için hidrojen ve atmosfer için oksijen kaynağı olarak kullanılmaktadır. Bitkide su miktarı yüzde 15’in altına düşerse enzimler duracağı için bitkide fotosentez yapmaz. Suyun yapısında yer alan hidrojen ve oksijen ile bitkiler fotosentez olayını gerçekleştirir.

5. Mineraller

Minerallerin fotosentez hızına etkisi nedir? diye düşünebilirsiniz. Ancak mineraller sadece biyokimyasal süreçlerde yer almaz bu görevi dışında mineraller fotosentez olayını gerçekleştiren elemanların yapısı içerisinde yer alır. Örneğin demir minerali, ETS elemanlarından ferrodoksinin ve klorofil sentezini katalizleyen bir enzimin yapısında yer almaktadır.

6. Ortamın PH Değeri

Fotosentez, özellikle ışığa bağımlı olmayan reaksiyonların enzimatik yönü yüksek olduğundan, enzimler de belirli pH aralıklarında çalıştıklarından dolayı ortam pH’ı fotosentez hızını etkiler.

Genetik Faktörler

1. Kloroplast Sayısı

Fotosentez, kloroplastlarda gerçekleşir. Yapraktaki kloroplast ve klorofil miktarı arttıkça fotosentez hızı da artar. Koyu yeşil yapraklı bitkilerde kloroplast miktarı fazladır.

Yaprakta fotosentezin en yoğun gerçekleştiği bölüm kloroplast ve klorofil miktarı en fazla olan palizat parankimasıdır.

2. Yaprak Yapısı ve Sayısı

Fotosentez bitkilerin yapraklarında gerçekleştiği için yapraklarında yüzey genişliği ve sayısı arttıkça fotosentez hızı da artmaktadır. Bu bilgilere ek olarak bitkinin güneş gören üst kısmı alt kısmına oranla daha fazla fotosentez yapmaktadır.

3. Stoma Sayısı, Konumu ve Büyüklüğü

Bitkilerde bulunan stomalar gaz alış verişini yapmakla sorumludur. Bitkilerde stoma sayısı arttıkça onunla orantılı olarak karbondioksit alış verişi daha fazla olmaktadır. Karbondioksitte fotosentez hızını etkilemektedir. Bu nedenle stomaların sayısı, konumu ve büyüklüğü fotosentez hızını etkilemektedir.

4. Epidermis ve Kutikula Kalınlığı

Yaprakların yüzeyini örten, epidermis hücreleri tarafından salgılanan mumsu tabakaya kutikula denir. Epidermis ve kutikula kalınlaştıkça güneş ışığını daha az geçireceğinden fotosentez hızı yavaşlar. Kurak ortam bitkilerinde yaprak yüzeyi dar, stoma sayısı az ve kutikula tabakası kalındır.

5. Enzim Miktarı

Fotosentezde özellikle ışığa bağımlı olmayan tepkimelerinde pek çok enzim görev yapmaktadır. Fotosentez enzimleri ne kadar fazla ise fotosentez de o derece hızlı gerçekleşir.

12. Sınıf Biyoloji Konuları için Tıklayınız

12. Sınıfta Yer Alan Diğer Ders ve Konuları için Tıklayınız