Fotosentez Nedir? Tarihçesi | Evreleri | Özellikleri

Dünyadaki her canlı varlığını güneş enerjisine borçludur. Bununla birlikte canlılar güneşin ışık enerjisini ne doğrudan kullanabilir ne de ışık şeklinde depolayabilir. Fotosentez fotokimyasal bir süreçtir. Kelime olarak “ışık kullanarak sentez yapmak” anlamına gelir. Güneşin ışık enerjisini kimyasal enerji şeklinde organik bileşiklerin yapısında depolar. Isınmak için kullandığımız odun, doğal gaz ve kömür, taşıtların yakıtı olan benzin ve motorin, hücrelerin metabolik faaliyetlerinde kullandığı enerji (ATP), kısaca yeryüzündeki tüm enerjiler güneş kaynaklıdır.

Fotosentez bir enerji dönüştürücüsü ve depolayıcısıdır. Güneşin fiziksel enerjisi fotosentezle kimyasal enerjiye dönüştürülüp organik bileşiklerde depolanarak canlıların kullanabileceği hale getirilir. Bunun tek istisnası kemosentezdir. Güneşten 150 milyon kilometrelik yol katederek gelen ışık fotosentez sayesinde organik bileşiklerin kimyasal bağlarında depolanır. Organik bileşiklerdeki bu enerji daha sonra solunumla ATP şeklinde açığa çıkarılarak metabolik faaliyetlerde kullanılır.

Yaygın bir ifadeyle, “Klorofilli canlıların ışık enerjisi, su ve karbon dioksit kullanarak organik besin (karbonhidrat) sentezlemesi ve oksijen açığa çıkarması olayına fotosentez denir.”

Fotosentez,

  • CO2, H2O, H2S ve H2 gibi inorganiklerden organik bileşik sentezler.
  • Güneşin ışık enerjisini kimyasal enerjiye dönüştürerek organik bileşiklerin yapısına katar.
  • Ürettiği organik bileşiklerle canlıların tamamına yakınını besler.
  • Atmosferdeki O2 ve CO2 dengesini korur. Fotosentez, hücrelerinde klorofil taşıyan canlılarda görülür. Bunların başında yeşil bitkiler gelir. Algler, siyanobakteriler ve bazı bakteriler fotosentez yapabilen diğer canlı gruplarıdır.

FOTOSENTEZİN KISA TARİHÇESİ

Eskiden bitkilerin ihtiyaç duyduğu bütün elementleri topraktan aldığına inanan insanlar, yaptıkları çalışmalarla durumun hiç de böyle olmadığını görmüştür. Bu çalışmalar bitkilerin topraktaki su ve minerallere ek olarak havadaki karbondiokside ve güneş ışığına gerek duyduğunu açıkça ortaya koymuştur.

Fotosentezin aydınlatılması sürecinde yapılan ve fotosentezi anlamamıza yardım edecek çalışmalardan bazıları aşağıda verilmiştir.

  • 1771 yılında Joseph Priestly, yeşil bitkilerin havayı solunumun etkisine ters bir şekilde etkilediğini göstermiştir. Araştırıcı kapalı fanuslar altında tuttuğu fare ve yanan mumdan; farenin öldüğünü, mumun ise söndüğünü gözlemiştir. Fakat fare ile yeşil bitkiyi aynı fanusun altına birlikte bıraktığı zaman, farenin uzun süre yaşadığını gören araştırıcı bu gözlemine dayanarak, bitkilerin kirli havayı temizlediğini ileri sürmüştür.
  • 1779 yılında Jan lngenhausz bitkilerin ancak ışıkta havayı temizleyebildiğini (o yıllarda bilinmese de ortama oksijen verdiğini) ve bunu da yeşil kısımlarıyla yaptığını belirlemiştir.
  • 1782 yılında Jean Senebier bitkilerin havayı temizlemesinin (ortama oksijen vermesinin) bağıl hava adını verdiği bir ortamsal faktöre bağlı olduğunu söylemiştir. (Bunun daha sonra karbon dioksit olduğu anlaşılmıştır.)
  • 1804 yılında Nicolas de Saussure bitki ağırlığındaki artışı göz önüne alarak, fotosentezde suyun da kullanıldığını söylemiştir.
  • 1840 yılında Justus Von Liebig bitkilerdeki karbonun büyük bir bölümünün atmosferdeki CO2 gazından kökenlendiğini, oksijen ve hidrojenin de sudan geldiğini söylemiştir.
  • 1842 yılında Robert Von Mayer canlıların kullandığı enerjinin, bitkiler tarafından kimyasal enerjiye çevrilen güneşin ışık enerjisi olduğunu söylemiştir.
  • 1883 yılında Theodor Willheim Engelmann kloroplastların oksijen ürettiğini, ayrıca güneş ışığının kırmızı ve mavi dalga boylu ışıklarını soğurduğunu söylemiştir.
  • 1905 yılında Blackman minimum yasasını ortaya atarak, fotosenteze etki eden faktörlerden miktarı en düşük olanının fotosentez hızını belirlendiğini söylemiştir.
  • 1931 yılında Van Niel yeşil bitkilerle bazı bakterilerdeki fotosentez reaksiyonlarının benzerliğine dikkat çekmiş ve dışarıya çıkan O2 nin CO2 den değil, tümüyle sudan kaynaklandığını söylemiştir. Bu durum daha sonra ağır oksijen izotoplarının kullanıldığı deneylerle de doğrulanmıştır.

FOTOSENTEZİN GERÇEKLEŞTİĞİ YAPILAR

Fotosentez bitkilerin kloroplast içeren organlarında gerçekleşir. Bu organların başında yapraklar gelir. Ayrıca yeşil gövdeler, çiçeklerin yeşil Çanak yaprakları ve yeşil sebze ve meyveler gibi kloroplast taşıyan diğer organlar da fotosentez yapabilir. Başta da belirttiğimiz gibi fotosentezin gerçekleştiği temel organ yapraktır. Yaprağın geniş yassı kısmına yaprak ayası denir. Yaprak ayası epidermis, iletim dokusu ve mezofil dokularından oluşur. Palizat parankiması ve sünger parankimasından meydana gelen mezofil kloroplast bakımından zengindir. Özellikle palizat parankimasındaki kloroplast miktarı oldukça fazladır. Fotosentezin en yoğun meydana geldiği yer de bu bölgedir.

FOTOSENTEZİN EVRELERİ

Fotosentez tepkimeleri ışığa bağımlı tepkimeler ve karbon tutma reaksiyonları şeklinde iki evreye ayrılır. Aslında bu iki evre kısmen iç içe girmiştir ve birbirinden ayırmak oldukça zordur.

Işığa bağımlı tepkimelerde ATP, NADPH H+ ve O2 üretilir. Bunlardan ilk ikisi karbon dioksitle birlikte karbon tutma reaksiyonlarında, organik madde (glikoz) sentezinde kullanılır.

Işığa Bağımlı Tepkimeler

Işığa bağımlı tepkimeler güneşin ışık enerjisini ATP ve NADPH + H+ formundaki kimyasal enerjiye çevirir. Bu iki madde fotosentezin asimilasyon gücünü oluşturur. ATP ve NADPH + H+ olmadan karbon tutma reaksiyonları gerçekleşemez.

Işığa bağımlı tepkimeler (ve dolayısıyla fotosentez) ışığın klorofili uyarmasıyla başlar.

Işığa bağlı tepkimelerde fotosistemler (FS I ve FS II), ADP, inorganik fosfat (Pi), NADP+, su ve elektron taşıma sistemleri (ETS) kullanılır.

Işığa bağımlı tepkimeler sırasında ADP ve inorganik fosfat (Pi) tan ışık enerjisi yardımıyla ATP sentezlenir. Bu olaya fotofosforilasyon denir. Fotofosforilasyon devirli ve devirsiz fotofosforilasyon şeklinde ikiye ayrılır.

Devirli Fotofosforilasyon

Işığa bağımlı tepkimelerin bu evresinde fotosistem I, ETS, ADP ve inorganik fosfat kullanılır.

Fotosistem I in tepkime merkezinde, ışığın etkisiyle klorofilin uyarılan elektronu ilk alıcı tarafından tutularak ETS ye aktarılır. ETS de sırayla ferrodoksin (Fd), sitokromlar (cyt) ve plastosiyanin (Pc) üzerinden geçen elektron klorofile geri döner. Dikkat edilecek olursa klorofil kaybettiği elektronu yeniden kazanır. Devirli elektron akışı sırasında sadece ATP sentezlenir.

Devirsiz fotofosforilasyon

Devirsiz fotofosforilasyonda fotosistem I, fotosistem II, su, ADP. Pi ve NADP+ kullanılır. Fotosistem II nin ışığı soğurmasıyla, tepkime merkezindeki klorofilin uyanlan elektronu ilk alıcı tarafından tutularak ETS ye aktarılır. Bu elektron ETS de sırasıyla pilastokinon (Pq), sitokromlar (cyt) ve plastosiyanin (Pc) den geçerek fotosistem I e aktarılır. Fakat bunun için fotosistem I in önceden elektron kaybetmiş olması gerekir.

Fotosistem I in reaksiyon merkezindeki P700, ışığın etkisiyle uyarılan elektronu ilk alıcı üzerinden ferrodoksin (Fd) e aktarır. Elektron aldığı için indirgenen ferrodoksin, bu elektronu NADP molekülüne vererek yükseltgenir. indirgenmiş NADP, suyun fotolizi sonucu açığa çıkan protonları (H+) da alarak NADPH + H+ ye dönüşür.

ORGANİK MOLEKÜLLERİN SENTEZİ

Fotosentez canlılar aleminin tamamına yakınını besleyen yeryüzünün en büyük biyokimyasal olayıdır. Yeryüzündeki doğal organik bileşiklerin tamamına yakını dolaylı da olsa fotosentez kaynaklıdır.

Fotosentez reaksiyonları sırasında üretilen fosfogliser aldehit (PGAL) moleküllerinin bir kısmı glikoz sen-tezinde kullanılırken bir kısmı yağ asitleri ve gliserolün, diğer bir kısmı da azot ilavesiyle amino asit, vitamin ve organik bazların sentezinde kullanılır. Glikoz disakkaritlerin ve polisakkaritlerin sentezinde kullanılır. Yeryüzünün en bol polisakkaritleri olan selüloz ve nişasta fotosentez sonucu oluşan glikozların polimerleşmesiyle meydana gelir.

FOTOSENTEZ HIZINI ETKİLEYEN FAKTÖRLER

Fotosentez hızına etki eden faktörleri çevresel ve genetik faktörler olmak üzere iki ana grupta toplamak mümkündür.

1. Çevresel Faktörler

CO2 Yoğunluğu : CO2 yoğunluğu belli değere kadar fotosentezi hızlandırır. Daha sonra CO2 miktarı art-sa da fotosentez hızı sabit kalır.

Fotosentez hızının CO2 miktarına bağlı olarak artışı ışığın şiddetiyle de yakın ilişki içindedir.

Sıcaklık : Fotosentezin karbon tutma reaksiyonları çok sayıda enzimin denetiminde gerçekleşir. Sıcaklık arttıkça reaksiyon hızı artar. Yüksek sıcaklıklarda enzimler bozulacağı için fotosentez hızı azalır

Işık : Işığın dalga boyu, şiddeti ve kalitesi fotosentez olayında etkili olur. Işığın dalga boyunun fotosentezde etkili olduğu Engelmann’nın yaptığı çalışmalarla ortaya çıkarılmıştır.

Mineral ve Tuzların Etkisi : Topraktaki Fe, Mg ve N gibi elementler klorofil sentezinde rol oynadıkları için fotosentezde dolaylı da olsa etkili olur. Ayrıca hidrosiyanik asit, hidrojen sülfit, eter gibi kimyasal maddelerin çok düşük dozları bile fotosentezi olumsuz etkiler.

Ortamın pH’sı : Fotosentezin özellikle karbon tutma reaksiyonları çok sayıda enzimin denetiminde gerçekleşir. pH aynen sıcaklık gibi enzimlerin yapısını etkiler. Onun için ortamın pH sının belli değerler arasında olması gerekir.

Su Miktar : Fotosentezde kullanılan maddelerden biri de sudur. Su miktarının çok düşük olması gözeneklerin kapanmasına yol açtığından ve enzimlerin çalışmasını etkilediğinden fotosentezi olumsuz yönde etkiler.

2. Genetik Faktörler

Kloroplast Sayısı : Yeşil bitkilerde, yaprağın yarım milimetrelik yüzeyinde yaklaşık yarım milyon kloroplast bulunur. Bu sayı arttıkça fotosentez hızı artar.

Yaprak Ayasının Genişliği : Yaprak ayası ne kadar geniş olursa soğurulan ışık ve dolayısı ile fotosentez o kadar yüksek olur.

Gözenekleri Yapısı ve Sayısı : Gözenekleri yapısı, sayısı ve açıklık oranları fotosentezi etkiler. Örneğin gözeneklerin sayısının fazla olması atmosferden daha fazla miktarda karbon dioksit alınmasını sağlar.

Kütikula Tabakasının Kalınlığı : Kütikula tabakasının çok kalın olması fotosentezi olumsuz etkiler.

Yapraktaki Tüy Sayısı : Yapraktaki tüy miktarı arttıkça mezofile ulaşan ışık miktarı azalır ve fotosentez hızı düşer.

Bir Cevap Yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak.