FOTOSENTEZ

FOTOSENTEZ

                                                     

Fotosentez Nedir?

Fotosentez  klorofil  taşıyan canlılarda ışık enerjisi kullanılarak organik bileşiklerin üretilmesi olayıdır.  Bu besini üreten canlıların tümüne fotosentetik organizmalar denir ve bunların büyük bir çoğunluğunu bitkiler oluştururlar. Fotosentez sadece yeşil bitkilerde değil , gözle  göremediğimiz küçük canlılarda da meydana gelir

   Algler, euglonoidler, dinoflagellatlat ve diyatomeler fotosentez yapan ökatyotik canlılardan bazılarıdır.

Fotosentetik organizmalar, ışık enerjisinden yararlanarak enerjiyi depolarlar ve organik bileşikler üretebilirler.

Bitkiler de diğer canlılar gibi yaşamsal etkinlikleri için gerekli enerjiyi organik maddelerin kimyasal enerjisinden sağlarlar. Bunun için de güneş ışığını kullanarak havanın karbondioksitini indirgeyerek organik besinlerini sentez ederler. Bu işlem CO2'in indirgenmesi ve ancak güneş enerjisiyle gerçekleştiriliğinden "fotosentez" olarak anılır. Bu yolla güneşin ışık enerjisi kimyasal enerjiye dönüştürülür ve organik madde senteziyapılmış olur.

Fotosentezin Tarihsel Gelişimi

Van Helmont 17. yüzyılda, bitkisel materyal sentezi ile ilk araştırmaları yapmıştır. Bitki gelişiminin yalnızca sudan kaynaklandığını  söylemiştir.

Joseph Priestley  ilk kez 1771 yılında bitkiler tarafından dışarı verilen oksijenin hayvanlar tarafından kirletilen  havayı temizlediği fikrini ortaya atmıştır. Priestley, fanus içinde yanan bir mumun kirlettiği havayı aynı yerdeki bitkinin temizlediğini göstermiştir.

Jan Ingenhousz  1779'da  havanın temizlenmesinin yeşil bitkiler tarafından ışıkta yapıldığını açıklamıştır. Fotosentezde klorofilin önemini vurgulamıştır.

Senebier 1782 yılında yeşil bitkilerin havaya O2 vermesinin CO2 almalarına ve bitkiler tarafında meydana getirilen O2 miktarının tamamen ortamda varolan CO2 miktarına bağlı olduğunu göstermiştir.

• De Saussure 1804 yılında fotosentez esnasında eşit hacimde CO2 ve O2 alış verişi olduğu, buna benzer eşit hacimde bir gaz alış verişinin solunum esnasında da meydana geldiğini ileri sürmüştür. 
•  Liebig 1840 yılında, CO2'in bitkiler için C kaynağı olduğunu vurgulamıştır.

• Robert Mayer 1842 yılında , ışığın enerji içerdiğini, canlılar tarafından kullanılan enerji kaynağının güneş ışığı olduğunu ve fotosentezde bitkinin yakaladığı güneş enerjisini kimyasal enerjiye dönüştürdüğünü belirtmiştir. 

• Engelman 1880yılında fotosentezde ortama O2 verilmesinin kloroplastlarca sağlandığını ortaya koymuştur. 

• Willstater ve Stoll 1918 yılında CO2, H2O ve ışık altında meydana gelen ilk ürünün CH2O ve O2 olduğunu ileri sürmüşlerdir. 

• Robert Hill 1937 yılında fotosentezin ışık reaksiyonu üzerinde çalışarak oratmda ışık, su ve uygun bir hidrojen yakalayıcısı bulunduğunda, izole kloroplastların bile ortamda CO2 olmadan O2oluşturabildiklerini görmüştür. Ayrıca yapraklarda doğal bir hidrojen yakalayıcısı maddenin bulunduğunu ortaya koymuştur. Bugünkü bilgilere göre bu maddeler Fereodoksin ve  ADP+'dır. Hill reaksiyonu adını verdiği bir denklemle olayı açıklamıştır. Reaksiyon, fotosentezde O2'nin ışık reaksiyonlarında oluştuğu ve bunun kökeninin CO2 değilde 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. 

                                              Fotosentezin günümüzdeki denklemi

                      nCO_2(g) + 2nH₂O_(s) + ışık enerjisi → (CH₂O)_n(k) + nO_2(g) + nH₂O_(s)

Fotosentez Yaprakda Nasıl olur?

Yapraklar, bitkilerin besin üretim merkezidir. Bitki yapraklarını oluşturan hücrelerin içinde kloroplast denilen, çok küçük yapılar vardır. Bu yapıların içindeki yeşil renkli boyar madde (pigment) olan klorofil maddesinin görevi ışık yakalamaktır. Kloroplastlar güneş ışınlarını bir panel gibi toplayıp, kollektör gibi enerjiye dönüştürerek besin üretirler. Üretilen besin yapraklardan, bitkinin beslenmesi gereken diğer bölümlerine götürülür.

• Havadaki karbondioksit, güneş enerjisikullanılarak, nişasta vediğeryüksekenerjili karbonhidratlara dönüştürülür. Karbon kullanıldıktan sonra ortaya çıkan oksijen ise havaya bırakılır. Bitki daha sonra besine ihtiyaç duyduğunda bu karbonhidratlarda depo enerjiyi kullanır. Bu bitkilerle beslenen canlılar da bitkide bulunan karbonhidratlardan enerji ihtiyaçlarını karşılarlar.  

• Fotosentezle her yıl yaklaşık olarak 200-500 milyar ton CO₂ dönüşüme uğratılmaktadır. Fotosentezle havanın karbondioksiti ve su, karbonhidratlara dönüştürülür. Karbonhidratlar C elementine ek olarak H ve O₂ elementlerini de içeren organik besin taşlarıdır.

Kloroplast

—  
Kloroplast, fotosentezin gerçekleştiği sitoplazmik organeldir.Çift katmanlı zarla çevrilidir. İç katman fotosentez pigmentleri enzimleriyle klorofil içeren yassı keseciklere dönüşmüştür. DNA içeren kloroplastlar, bağımsız işlev gören ve kendi kendine çoğalan bir yapıdır. — Klorofil ve diğer pigmentler bu iç membran sistemine yerleşmiş olarak bulunurlar. — Fotosentezin ışık reaksiyonları ile buna bağlı elektron taşınım reaksiyonları granada gerçekleşir. Stromada ise fotosentetik karbon çemberi(Calvinçemberi) enzimleri, ribozomlar ve kloroplasta ait DNA yerleşmiştir. Bundan başka yine stromada çeşitli granüller, lipid damlacıkları, primer nişasta taneleri ve veziküller de bulunabilir.

Görevi

Işık enerjisinin emilimini CO2 alınımı CO2'den karbonhidrat oluşumu ve O2 oluşumu olayları hep kloroplastta gerçekleşir. Işıktan faydalanarak Adenozin trifosfat'nin fosfat bağlarındaki enerjiyi, hücrede kullanılabilecek enerjiye çevirir. Adenozin trifosfat'ı kullanarak karbonun hücre için gerekli organik maddelere dönüştürülmesini sağlar. Bitkiye yeşil rengi verir.

Fotofosforilasyon

Kloroplastta CO2 indirgenmesi ve fotosentez ürünlerinin yapılabilmesi için bazı enzimlerin yanında ATP sentezi de gereklidir. Arnn ve arkadaşları izole kloroplastların ışık altında ATP oluşturabildiklerini göstermişler ve bu olaya "fotofosforilasyon" adını vermişlerdir. Burada ışık enerjisi ATP haline yani kimyasal enerjiye dönüştürülmektedir. Ancak CO2'in karbonhidratlara indirgenebilmesi için ATP yanında bu indirgeme için gerekli H+'leri veya elektronları sağlayan indirgeyici bir maddenin de olması gerekmektedir. Kloroplastlarda bu görevi yapan maddenin bir piridin nükleotid olan NADP+ olduğu saptanmıştır. Ortamda H2O, ADP ve inorganik fosfat olduğunda izole kloroplastlarda NADP indirgenmektedir.

• Fotosentez ışık reaksiyonları ve calvin devri reaksiyonlarından oluşur.Işık enerjisiyle hareketlenen elektronlar NADP tarafından yakalanır.Ayrıca ATP sentezlenir.Kalvin devrinde ATP ler endotermik reaksiyonun enerji ihtiyacını  NADPH ise Glikoz sentezi için Hidrojen ihtiyacını karşılar.

                                                                                             Hazırlayan: Mete Kaan BÜLBÜL