Fotosentez nedir

Yeşil yapraklı bitkilerin ışık enerjisi ile organik besin yapmasını sağlayan kimyasal olaya fotosentez denilir. Fotosentez, bitkiler ve diğer organizmalar tarafından, ışık enerjisini organizmaların faaliyetlerine enerji sağlamak için daha sonra serbest bırakılabilecek kimyasal enerjiye dönüştürmek için kullanılan bir işlemdir. Bu kimyasal enerji, karbondioksit ve sudan sentezlenen şekerler gibi karbonhidrat moleküllerinde depolanır. Fotosentez kelimesi, Yunanca phōs (ışık) ve sentez (bir araya getirmek) kelimelerinin bir araya getirilmesi ile oluşturulmuştur.

Fotosentez, ışığı sentezleme anlamına gelmektedir. Yeşil yaprak bitkilerin yahut klorofil taşıyan pigmentleri bulunduran canlıların fotosentez yapma yeterliliği bulunduğu bilinmektedir. Bitkiler, klorofil pigmenti sayesinde kendi besinlerini kendileri üretirler. Böylece üretici sınıfında yer alırlar.

Fotosentez, karbondioksit, güneş ışığı, su ve klorofil yardımıyla besin (şeker) ve oksijen üretilmesi esasına dayanmaktadır. Klorofil taşıyan yeşil bitkiler fotosentez üretirken karbondioksit ve su kullanarak oksijen üretirler. Böylece canlılık faaliyetlerinin devam etmesini sağlarlar.

Fotosentez, azot, oksijen ve su döngülerinin gerçekleşmesini sağlayan ve yeryüzünde canlılık faaliyetlerinin devam etmesinde etkili olay bir doğa olayıdır. Canlılığın dengede olmasını sağlayan bir reaksiyondur.

Çoğu durumda oksijen yan ürün olarak salınır. Çoğu bitki, çoğu alg ve siyanobakteri fotosentez yapar; bu tür organizmalara fotoototroflar denir. Fotosentez, Dünya atmosferinin oksijen içeriğinin üretilmesinden ve korunmasından büyük ölçüde sorumludur ve tüm organik bileşikler ve Dünyadaki yaşam için gerekli enerjinin çoğunu sağlar. (Besin sentezi sırasında gerekli olan enerjiyi çeşitli inorganik kimyasal reaksiyonlardan karşılarlar. Bu tür canlılara da ‘Kemoototrof canlılar’ adı verilir.)

Her ne kadar fotosentez farklı türler tarafından farklı şekilde gerçekleştirilse de, işlem her zaman ışıktan gelen enerji yeşil klorofil pigmentleri içeren reaksiyon merkezleri olarak adlandırılan proteinler tarafından emildiğinde başlar. Bitkilerde, bu proteinler yaprak hücrelerinde en fazla bulunan kloroplast adı verilen organellerde bulunurken, bakterilerde plazma zarına gömülürler. Bu ışığa bağımlı reaksiyonlarda, su gibi uygun maddelerden elektronları almak için bir miktar enerji kullanılır. Sudan elektron alınmasının sonucu olarak su oksijen ve hidrojene parçalanmış olur. Suyun bölünmesiyle salınan hidrojen, kısa süreli enerji kaynağı olarak hizmet veren iki başka bileşiğin oluşturulmasında kullanılır; indirgenmiş nikotinamid adenin dinükleotid fosfat (NADPH) ve adenosin trifosfat (ATP-hücrelerin “enerji para birimi”).

Bitkiler, algler ve siyanobakterilerde, şekerler şeklindeki uzun süreli enerji depoları, Calvin döngüsü adı verilen ışıktan bağımsız reaksiyonlar tarafından üretilir; Bazı bakteriler aynı sonuca ulaşmak için ters Krebs döngüsü gibi farklı mekanizmalar kullanır. Calvin döngüsünde, atmosferik karbon dioksit, halihazırda mevcut ribüloz bifosfat (RuBP) gibi mevcut organik karbon bileşiklerle birleştirilir. Daha sonra ışığa bağlı reaksiyonlar tarafından üretilen ATP ve NADPH kullanılarak, karbon dioksitin ribüloz bifosfat ile birleşmesiyle oluşan bileşik indirgenir ve glikoz gibi başka karbonhidratlar oluşturmak üzere yoluna devam eder.

İlk fotosentetik organizmalar, muhtemelen yaşamın evrimsel tarihinde erken evrimleşmişlerdir ve büyük olasılıkla elektron kaynakları olarak su yerine hidrojen veya hidrojen sülfit gibi indirgeyici elemanlar kullanmıştır. Siyanobakteriler daha sonra ortaya çıktı; Ürettikleri aşırı oksijen, karmaşık yaşamın gelişimini mümkün kılan Dünya’nın oksijenlenmesine doğrudan katkıda bulunmuştur. Günümüzde, küresel olarak fotosentez yoluyla elde edilen ortalama enerji yakalama oranı yaklaşık 130 terawatt’tır, bu da insan uygarlığının mevcut güç tüketiminin yaklaşık sekiz katıdır Fotosentetik organizmalar da yılda 100-115 milyar ton (91-104 petagram ) karbonu biyokütleye dönüştürür.

Robert Hill 1937 yılında fotosentezin ışık reaksiyonu üzerinde çalışarak ortamda ışık, su ve uygun bir hidrojen yakalayıcısı bulunduğunda, izole kloroplastların bile ortamda CO₂ olmadan O₂ oluşturabildiklerini görmüştür. Ayrıca yapraklarda doğal bir hidrojen yakalayıcısı maddenin bulunduğunu ortaya koymuştur. Güncel bilgilere göre bu maddeler Ferredoksin ve NADP⁺‘dır. Hill reaksiyonu adını verdiği bir denklemle olayı açıklamıştır. Reaksiyon, fotosentezde O₂‘nin ışık reaksiyonlarında oluştuğu ve bunun kökeninin CO₂ değil de H₂O olduğunu göstermesi yönünden önemlidir.

Fotosentezin karanlık reaksiyonları üzerinde çalışan (1954-1961) Calvin ve arkadaşları ise olaydaki C metabolizmasını tüm ayrıntılarıyla açıklamışlardır. Bunun üzerine Calvin’e Nobel ödülü verilmiştir.

1966’da Hatch ve Slack, bazı bitkilerde fotosentezin karanlık reaksiyonlarında oluşan ilk kararlı ürünün 3C değil de 4C olduğunu bulmuşlar ve söz konusu bitkilerin tamamen farklı bir C metabolizması olduğunu göstermişlerdir.

Yirminci yüzyılın başlarında tek hücreli yeşil su yosunlarında (Chlorella vulgaris) fotosentezle ilgili araştırmalar Warburg tarafından yapılmıştır.

Fotosentezin Önemi

Fotosentez, ışık enerjisini kimyasal bağ enerjisine dönüştürerek ilk basamaktaki organik madde üretimini sağlayan mekanizmadır. Bitkiler besin zincirinin ilk halkasını oluşturduğundan, diğer tüm canlıların var olabilmesi ve yaşamlarını sürdürebilmeleri için gerekli enerji fotosentez olayı sırasında elde edilir.

Fotosentezle havanın CO₂ ve O₂ dengesi korunmaktadır.

Fotosenteze ilişkin bulgular, her yeşil bitkinin organik madde üreten bir fabrika olduğu, bu süreçte güneş enerjisini kullanan aygıtların kloroplastlar olduğunu göstermiştir. Yeryüzüne ulaşan güneş ışınlarının yalnızca yarısı fotosentezde kullanılmaktadır. Bu konuda yapılan araştırmaların dünya nüfusunun gıda ihtiyaçları yönünden önemli olduğu bilinmektedir.

Maddeler Halinde Fotosentezin Önemi

• Güneş enerjisi organik besin moleküllerine kazandırılır.
• Atmosfere oksijen verilmektedir.
• Atmosferden karbondioksit tüketilmektedir.
• Bitkilerin canlı kalması sağlanır.
• Hayvanlar için besin üretilir.

Pigmentler

Fotosentezde en önemli olgu güneş enerjisini yakalayıp onu kimyasal bağ enerjisine dönüştürebilme yeteneğidir. Bu işlevi bitkilerin kloroplastlarında veya kromatoforlarında bulunan pigmentleryapmaktadır. Bunların başlıcaları şöyledir:

• Klorofiller
• Karotenoidler
• Fikobilinler

Fotosentezde Tepkimeler

Işığa bağlı tepkimeler

Işığa bağlı tepkimeler, canlının ışıklı ortamda ışığa bağımsız tepkimeler için gereken ATP ve NADPH’yi ürettiği bir dizi tepkime zinciridir. Bu tepkimeler tilakoit zar üzerinde gerçekleşir. Işığı soğuran klorofil molekülünden serbest kalan elektronlar elektron taşıma sistemi (ETS) elemanlarından geçer. Bu sırada ATP ve NADPH çıkışı olur.

Klorofile sahip canlıların ADP ve inorganik fosfat (Pi) kullanarak ATP üretmesine fotofosforilasyon denir. Bu olay devirli fotofosforilasyon ve devirsiz fotofosforilasyon olmak üzere iki yolla gerçekleşir. Devirsiz fotofosforilasyonda, devirliden farklı olarak su, fotolize uğrar. Tepkime şu şekildedir. (Fosforilasyon nedir?)

2 H₂O + 2 NADP⁺ + 3 ADP + 3 P_i + ışık → 2 NADPH + 2 H⁺ + 3 ATP + O₂

Bu tepkimeler sonucu oluşan O₂‘nin bir kısmı mitokondrilere gönderilir, artanı ise atmosfere verilir. Oluşan ATP ve NADPH molekülleri stroma sıvısına girer, artık canlı ışıktan bağımsız tepkimeleri gerçekleştirmeye hazırdır.

Işıktan bağımsız tepkimeler

Bu tepkimeler stroma bölgesinde gerçekleşir. Stromalar protein yapılıdır. Bu tepkimeler aydınlıkta da karanlıkta da olabilir. CO₂’nin devreye girmesiyle başlar. Hidrojen ile CO₂ birleşerek karbonhidratları meydana getirir.

Açık Lise sınavlarına hazırlanmanın en kolay hali: AçıkTercih AÖL Test Çöz!

Mobil Uygulamamızı İNDİRİN! AÖL Yeni Müfredat Çıkmış Sınav Sorularını Çözün!