Fotosentez Konu Anlatımı

Fotosentez Denklemi ve Kloroplastın Yapısı

İnorganik maddelerden ihtiyaç duyduğu organik maddeleri sentezleyebilen canlılara «ototrof canlılar» denir. Bu canlılar içerisinde büyük bir kısmı bu işi ışıktan yararlanarak yaptığından bu işleme fotosentez denir.

Fotosentez ışık enerjisi + sentez anlamındadır.

Yeşil bitkiler ve algler gibi klorofil içeren canlılar ışık enerjisinden yararlanarak inorganik CO2 ve H2O dan glikoz sentezlerler.Fotosentez sadece bitkilere özel bir durum değildir bitkiler dışında algler ve bazı bir hücreliler de fotosentez yapar..

Ekosistem için Fotosentezin Anlamı

Arkadaşlar ekosistem için fotosentez olmazsa olmazdır çünkü;

  • Fotosentez ile CO2 gibi bir sera gazı atmosferden alınarak yerine oksijen verildiğinden fotosentezin önemi daha iyi anlaşılmaktadır.
  • Fotosentez yapamayan besinleri dışarıdan hazır almak zorunda olan heterotrof canlıların solunum ile ürettiği CO2 fotosentez yoluyla O2 ye dönüştürülünce ekolojik denge kurulmuş olur
  • Fotosentetik canlıları azaltmak veya yok etmek besin kıtlığının dışında ciddi iklim değişikliklerine küresel ısınma ve buzulların erimesine neden olur (sera etkisi)

Bitkilerde Fotosentezin Gerçekleştiği Yapı ve Organlar Kloroplatın Yapısı

Yeşil bitkilerde fotosentez reaksiyonları bitkinin yeşil kısımlarında yani yapraklarda ve gövdede gerçekleşmektedir. (en büyük pay yaprakların)

Yaprakların alt ve üst tabakaları tek tabakalı epidermis hücreleri bulundurur bunlar kloroplast taşımaz ve fotosentez yapmaz.

Epidermis tabakaları arasında yaprağın mezofil tabakası yer alır bu tabakada  yer alan palizat parankiması ve sünger parankiması hücreleri kloroplast taşır ve fotosentez yapar.. 

Kloroplastın yapısında gördüğünüz bozuk paraların üst üste dizilmiş haline granum adı verilir bu bozuk paralardan her biri de tilakoit olarak isimlendirilir. Fotosentezin ışığa bağlı reaksiyonları tilakoitl zarlarında meydana gelir (yani granumlarda)

Granumlar ara lamellerle birbirine bağlanmıştır. Granumların arasındaki boşlukları stroma ara maddesii doldurur.

Stroma içerisinde DNA , RNA , ribozomlar ve fotosentez enzimleri yer alır. Işığa bağlı olmayan reaksiyonları stromada gerçekleşir.

Fotosentezin Denklemi ve Fotosentez Sonucu Oluşan Oksijenin Kaynağı

En genel anlamda tepkime denklemi bu şekildedir. Dikkat ederseniz (CH2O)n karbonhidratların genel gösterimidir.  2 molekül su giriyor 1 molekül su oluşuyor .

1.Denklemi 6 ile çarptığımızda  çıkışta 6 karbonlu karbonhidratımız olan glikozu alıyoruz.

Suyun net ifadesini yazarak denklemi daha sade hale getirebiliriz başta 12H2O tepkimeye girse bile sonunda 6H2O oluştuğundan net 6H2O çıkıyor deriz.

Fotosentez Sonucu Oluşan Oksijenin Kaynağı Nedir?

Fotosentez solucunda oluşan serbest oksijenin kaynağı CO2 değil H2Odur. Bunu ağır oksijen izotopu deneyi ile ispatlayan bilim adamları oksijenin fotosenteze giren sudan geldiğini kesin olarak ortaya koymuşlardır.

CO2 deki oksijen ise C6H12O6 nın yani üretilen besinin yapısına katılmaktadır.

Fotosentez Yapan Bakteriler

1) Siyanobakteriler tıpkı yeşil bitkiler gibi fotosentez yapar hidrojen kaynağı olarak suyu , karbon kaynağı olarak ise CO2 yi kullanırlar.

2) Mor kükürt bakterileri hidrojen kaynağı olarak su yerine H2Skullanırlar. Son ürün olarak ise S ve H2O açığa çıkar

3) Hidrojen bakterileri hidrojen kaynağı olarak H2 kullanır sonuçta serbest oksijen açığa çıkmaz besin + su oluşur.

FOTOSENTEZ PİGMENTLERİ

Klorofil: görünür ışığın fotonları klorofil pigmenti tarafından soğurulur ve elde edilen enerji fotosentez tepkimelerini gerçekleştirmek için kullanılır. Klorofil kırmızı ve mavi ışığı soğurup yeşil ışığı geçirir ve yansıtır bu nedenle bitkiler yeşil yeşil görünür.
Klorofil pigmenti ökaryot canlılarda kloroplasttaki  tilakoitlerin üzerinde yer alırken prokaryotlarda sitoplazma içinde dağılmıştır. 4 pirol halkası ve ortasında magnezyum atomundan oluşan porfirin halkasının görevi ışığı soğurmaktır.  Uzun zincirli fitol kısmı ise tilakoid zarına tutunmayı sağlar.

Bitkilerin renkli kısımlarına renk veren pigmentler bulunmaktadır. Bunlardan karoten bitkilere turuncu renk verirken ksantrofil sarı renk verir.

Bu pigmentlerin bir görevi de klorofilin yakalayamadığı dalga boyundaki ışık spektrumunu soğurup klorofile aktarmaktır (aksesuar pigment de deriz)

Fikosiyanin ve Fikoeritrin

Bazı alg türlerinde ve siyanobakterilerde klorofil pigmentine ek olarak mavi renkli fikosiyanin pigmenti + kırmızı renkli fikoeritrin pigmenti bulunur bu pigmentlerin görevi de klorofilin yakalayamadığı ışık spektrumunu yakalayıp klorofile aktarmaktır (aksesuar pigment)

Engelmann Deneyi

Bir plakanın üzerine ipliksi algleri yerleştiren Engelmann prizmadan yararlanarak beyaz ışığı kırmızı turuncu sarı yeşil mavi ve mor renkli olacak şekilde dalga boylarına göre ayırıp plakanın üzerine düşürmüştür. İpliksi algin hangi dalga boyunda daha yüksek hızda fotosentez yaptığını tespit etmek için oksijenli solunum yapan bakterilerden yararlanan Engelmann bakterilerin daha çok mavi , mor ve kırmızı bölgede toplandığını gözlemlemiştir.

Deneyin Yorumu

  • Fotosentezin en hızlı olduğu dalga boyu mor,mavi ve kırmızıdır
  • Fotosentezin en yavaş olduğu dalga boyu sarı ve yeşildir turuncu dalga boyu da kırmızı mavi ve mora göre daha yavaştır.
  • Işığın dalga boyundaki değişim fotosentez hızına etki eder
  • Fotosentezin son ürünlerinden olan Oksijen miktarı fotosentez hızıyla birlikte artar.
  • Bitkilerin yeşil renkli olmasının nedeni ışığın tüm dalga boylarını soğurup yeşil dalga boyunu yansıtmasıdır zaten fotosentez oldukça yavaştır bu dalga boyunda

FOTOSİSTEM NEDİR?  Kloroplastın granumlarını oluşturan bozuk para şeklindeki tilakoid zarları üzerinde pigmentler proteinler ve daha küçük organik moleküllerin birleşmesiyle ışıktaki fotonları soğuran FOTOSİSTEM yapısı meydana gelir.

Bir FOTOSİSTEM iki ana kısımdan oluşur

Anten Kompleksi: Çok sayıda klorofil + karotenoidlerin birleşmesiyle meydana gelen işi ışık soğurmak ve tepkime merkezine iletmek olan kısım

Tepkime Merkezi: Burada klorofil-a ve ilk elektron alıcısı yer alır.

Fotosistem I ve Fotosistem II

Tilakoit zar üzerinde klorofil-a ‘nın farklı proteinlerle birleşmesi sonucunda soğurma düzeylerinde biraz fark olan Fotosistem-I ve Fotosistem-II meydana gelir. Fotosentez reaksiyonları sırasında bu iki fotosistem birlikte çalışır.

Işığın Fotosistem Tarafından Toplanması

Anten kompleksindeki pigmentler fotonları soğurup zincirleme olarak birbirine transfer eder foton ilk pigment tarafından soğurulur ve uyarılarak bir elektronu komşu pigmente transfer eder aynı şekilde diğer pigmente bu şekilde reaksiyon merkezindeki klorofilden ayrılan elektron ilk elektron alıcısı tarafından tutulur böylece fotosentez başlamış olur.

FS1 fotosistemi P700 olarak da adlandırılır çünkü merkezindeki klorofil molekülü 700nm dalga boyundaki ışığı en iyi soğururken FS2 fotosistemi P680 olarak adlandırılır çünkü reaksiyon merkezindeki klorofil 680nm dalga boyundaki ışığı en iyi soğurur.

Fotosentez Tepkimeleri

Fotosentezin ışığa bağımlı olan reaksiyonlarında su fotoliz ile serbest oksijen ve hidrojene ayrılır hidrojenleri NADP koenzimi turar bu hidrojenler besin üretiminde kullanılır. Işıktan bağımsız reaksiyonlarda CO2 ile sudan gelen hidrojenler birleşerek besini meydana getirir.

Işığa Bağımlı Reaksiyonlar

Fotosistemlerin tepkime merkezindeki klorofillerin uyarılması fotosentezi başlatır. Tilakoit zarlarda ETS elemanı olarak  ferrodoksin (fd) sitokrom kompleksi (stk) plastokinon (pq) ve plastosiyanin (pc) yer almaktadır. Klorofilden kopan elektron bu elemanların birinden diğerine aktarılır (redoks olayıdır)

FOTOLİZ             2H2O —–> 4e + O2 + 4H+

Işık enerjisi etkisiyle suyun ayrışmasına fotoliz denir. Fotoliz sonucunda serbest kalan oksijen atmosfere verilirken hidrojenler NADP tarafından tutulur. Elektronlar ise

ADP +P à ATP  işlemi için kullanılır burada kaynak ışık enerjisi olduğundan buna fotofosforilasyon denir.

1) Devirsiz Fotofosforilasyon

  • Fotosistem II nin klorofilinden bir elektron ayrılır ve ilk elektron alıcı tarafından tutulur
  • Işık ve fotoliz enzimi etkisiyle suyun O2 , H+ ve e- şeklinde ayrılması sağlanır. Fotosistem II deki klorofilden ayrılan elektronun yerini bu elektronlar alır O2 serbest kalır ve H+ ler NADP tarafından tutulur.
  • Fotosistem II den ayrılan ilk alıcıya geçen elektronlar ETS üzerinden taşınarak Fotosistem I e ulaşır bu esnada ETS den elektron geçişi sırasında serbest kalan enerji ATP sentezinde kullanılır. Fotosistem I e ulaşan elektronlar buradaki klorofilde meydana gelen elektron açığını kapatırlar. Çünkü bu klorofil de ışık tarafından uyarılmış ve elektron kaybetmiştir
  • Fotosistem I in ilk alıcısı gelen elektronu alıp ETS ye aktarır ETS üzerinden de ferrodoksine verir indirgenen ferrodoksin yüksek enerjili elektronları NADP+ vererek yükseltgenir NADP ler fotolizden gelen H+ lerle birleşir ve NADPH oluşur.

Devirsiz FF den Ne Anladık?

  • Fotosistem II den ayrılan elektron tekrar yerine dönmüyor Fotosistem I e geçiyor oradan da en son NADP+ nın indirgenmesini sağlıyor.
  • Fotosistem II , Fotosistem I in eksilen elektronunu tamamlarken , Fotosistem II nin eksilen elektronları da Suyun fotoliziyle oluşan elektronlardan karşılanıyor.
  • Dolayısıyla aynı Fotosistem içinde bir elektron devir daimi yok.. Bu yüzden buna devirsiz fotofosforilasyon dedik.
  • Sonuçta: NADPH ve ATP üretilmiş olur ve açığa çıkan O2 atmosfere verilir.
  • Suyun fotolizi atmosfer için oksijen , fotosistem II için elektron kaynağı olurken NADP+ için de hidrojen kaynağı olmuştur.

2) Devirli Fotofosforilasyon

  • Sadece Fotosistem I işin içindedir.
  • Fotosistem I in reaksiyon merkezindeki klorofilin uyarılmasıyla kopan elektron ilk alıcı tarafından tutulur
  • ETS ye aktarılan elektronların ETS elemanları üzerinden taşınması sırasında açığa çıkan enerjiden ATP sentezlenir.
  • ETS aktarımının sonunda enerjisi azalan elektron yeniden fotosisteme aktarılır gelen ışık ile bir elektron koparılır ve bunun yerine fotosisteme aktarılan elektron geçer..
  • Sonuçta ışık enerjisi ATP ye dönüşmüş olur hepsi bu..
  • İlk kopan elektronun aynı fotosisteme geri dönmesinden dolayı buna devirli fotofosforilasyon denmektedir.

  • Devirli FF da FOTOLİZ yoktur
  • Fotoliz olmadığından NADPH ve O2 de oluşmaz
  • ATP sentezi yapılır ATP sentezi için gereken enerji ETS den aktarılan elektrondan gelmektedir.

Fotosentezde 1 molekül CO2 nin  ışıktan bağımsız evre olan calvin döngüsüne katılması için ışığa bağımlı evrede 3 ATP ile 2 NADPH sentezlenir.

ATP Sentezinin Kemiozmotik Hipoteze Göre Açıklaması

  • Elektronlar tilakoit zarlar üzerindeki ETS den geçtikçe stromadaki protonlar tilakoit boşluğa pompalanır yine burada gerçekleşen fotoliz sonucu oluşan protonlar da birlikte tilakoit zarlar arası boşluk içinde yüksek proton konsantrasyonu oluşturur
  • Stromaya göre yüksek proton konsantrasyonu bir potansiyel farkı meydana getirir Konsantrasyonun yüksek olduğu yerden düşük olduğu yere doğru protonlar akmaya başlar bu esnada enerji açığa çıkar
  • Açığa çıkan enerjiden ATP sentaz enzimi ADP+P = ATP sentezleyerek fosforilasyon gerçekleştirir.

 

FOTOSENTEZİN IŞIKTAN BAĞIMSIZ REAKSİYONLARI (KARANLIK EVRE REAKSİYONLARI)

  • Bu evrede ışığa ihtiyaç duyulmaz bu yüzden karanlık evre reaksiyonları da denir.
  • Kloroplastın STROMAsında gerçekleşir.
  • Işığa bağımlı evreden gelecek olan 3ATP ve 2NADPH molekülü 1CO2 nin döngüye girmesi için gereklidir.
  • Bu evrede CO2 calvin döngüsüne katılarak organik besin maddeleri olan Glikoz ve Fruktoz gibi karbonhidratlar oluşturulur.
  • Işıktan bağımsız olan bu reaksiyonlar tamamen enzimlerin kontrolünde gerçekleştiğinden sıcaklık ve pH gibi faktörlerden etkilenir
  • 1 adet CO2 nin calvin döngüsüne girmesi için 3 ATP ve 2 NADPH gerekiyorsa 6 CO2 için 18 ATP ve 12 NADPH gerekmektedir yani 1 Glikoz oluşturmak için fotosentez denklemine göre 6 CO2 tepkimeye girmek zorunda olduğu için ışığa bağımlı olan evre ile calvin döngüsü 6 kez tekrar etmelidir…Yukarıda doğrudan glikoz çıkıyormuş gibi görünse bile bu doğru değil 6 kez tekrar edince 1 glikoz oluşur..!

Karbon Atomu Cinsinden Döngüyü Özetlersek

  • 6CO2 nin 6 Ribüloz Di Fosfat tarafından tutulmasıyla 6 adet 6C lu yani 36C lu kararsız ara bileşik oluşur.
  • Kararsız ara bileşikler ikiye bölünür ve 12 adet 3C lu PGAL oluşur.. (toplam 36 karbon!
  • 12 Adet PGAL den 2 tanesi birleşir ve 1 Glikoz oluşturur kalan 10 PGAL bir dizi tepkime ile 6 adet 5C lu Ribüloz Mono Fosfat’ı oluşturur ve calvin döngüsü devam eder..
  • Sonuçta calvin döngüsüne katılan 6CO2 ve 12NADPH den gelen 12H kullanılmış olur.

Fotosentez ile Diğer Organik Moleküllerin Eldesi

  • Fotosentez ile sadece Glikoz elde edilmez, Glikozun biraderi olan Fruktoz da elde edilebilir zaten kapalı formülleri aynıdır (C6H12O6)
  • Calvin döngüsünde Glikoz oluşumundan bir önceki molekül olan 3C lu PGAL molekülü kilit öneme sahiptir
  • Aminoasitler, Azotlu organik bazlar ve vitaminler PGAL den elde edilir
  • Yağ asitleri ve Gliserol de PGAL den elde edilmektedir.
  • RMP (ribüloz mono fosfat) yine PGAL den elde edilmektedir
  • Disakkaritler olan Maltoz , Sükroz ve Polisakkaritler olan Nişasta ve Selüloz glikozdan sentezlenmektedir.
  • Fotosentezde elde edilen glikozların fazlası suda çözünmeyen nişastaya dönüştürülerek depolanır böylece hücre içi ozmotik basınç dengelenir.

Fotosentez Hızına Etkiyen Faktörler

1) Çevresel Faktörler: Fotosentez hızını etkileyen ve fotosentez yapan bitkinin elinde olmayan dışarıdan kaynaklı faktörlerdir. Işık şiddeti , ışığın dalgaboyu , CO2 miktarı , sıcaklık , mineral tuz miktarı , su  ve pH

2) Genetik Faktörler: Bitkinin kendisinden ve yapısından kaynaklı olan faktörlerdir. Kloroplast sayısı , yaprak sayısı ve yapısı , stomaların yapısı ve sayısı , kütikula kalınlığı ve enzim miktarı şeklinde sıralanabilir.


A) Işık Şiddeti

Işık şiddetini artırdığımızda fotosentez giderek hızlanır sonrasında sabit kalır bunun nedeni fotosentez hızının bağlı olduğu diğer faktörlerin ışık şiddeti ile birlikte artmaması yani sabit olmasıdır ( 1000 tane ışık var ama 100 kloroplast varsa 900 tane ışık boşta kalır gibi..)

 

B) Işığın Dalga Boyu

Işığın dalga boyu klorofilin soğurma kabiliyetiyle alakalıdır. Klorofiller en iyi kırmızı ve mor dalga boyundaki ışığı sonra maviyi soğurabilir en az yeşili soğururlar. Yandaki grafiğe baktığımız zaman bunu net bir şekilde görebilmekteyiz zaten.

C) CO2 Miktarı

CO2 artışı belli bir noktaya kadar fotosentez hızını artırır sonra diğer faktörlerin sabit kalması nedeniyle fotosentez hızı sabitlenir. Işık şiddetinin artmasıyla birlikte değerlendirildiğinde sağdaki durum oluşur.


D) Sıcaklık

Düşük ışık şiddetinde sıcaklığın etkinliği pek fark edilemez yüksek ışık şiddetinde sıcaklıkla birlikte fotosentez hızı belli bir noktaya kadar sürekli artar sonrasında enzimlerin yapısını bozan sıcaklık değerine ulaşılır ve fotosentez hızı aniden düşer.

E) Mineral Tuzları (Madensel Tuzlar)

Klorofilin yapısına katılan magnezyum, ETS elemanı ferrodoksinin yapısında demir bulunması , fotosentez enzimlerinin yapısına katılan mineraller doğrudan veya dolaylı olarak fotosentez hızını etkiler.

Miktarı en az olan mineral fotosentez hızını sınırlayan faktör olur diğerlerinin çok fazla olmasının bir anlamı olmaz.

F) Su ve pH

Ortamdaki suyun belli bir miktara kadar artışı fotosentez hızını artırmaktadır sonrasında ise fotosentez hızı sabit kalır (yatay çizgi)

Fotosentez reaksiyonlarında enzimler çalıştığından fotosentez hızı  pH tan etkilenir her pH değeri için her enzimin optimum çalışması söz konusudur.

Fotosentez Hızına Etki Eden Kalıtsal Faktörler

A) Kloroplast Sayısı

Fotosentez kloroplastlarda gerçekleşir dolayısıyla kloroplast sayısı fazla ise fotosentez hızlı, kloroplast sayısı az ise fotosentez yavaştır.  Yaprakta palizat parankiması hücreleri sünger parankimasına göre daha fazla kloroplast içerdiğinden fotosentez hızları daha yüksektir.

B) Yaprak Yapısı ve Sayısı

Geniş yapraklar dar yapraklara göre , daha iyi ışık alan yapraklar alamyanlara göre bir de toplam yaprak sayısı fazla olan az olana göre daha hızlı fotosentez yapar.

C) Stomaların Yapısı ve Sayısı

Stomalar CO2 nin yaprağa aşındığı gözeneklerdir epidermis hücrelerinden farklılaşan iki hücrenin birleşmesiyle oluşurlar. Stoma sayısı ne kadar fazla olursa o kadar fazla CO2 alınabilir dolayısıyla da fotosentez hızlanır. Stoma sayısı daha fazla olan btikide fotosentez daha hızlıdır diyebiliriz.

D) Kütikula Tabakasının Kalınlığı

Kütikula tabakası kalın olan yaprakta günel ışınları iyi soğurulamaz ve fotosentez yavaşlar.. Kütikula tabakası yapraklardan su kaybını engelleyen ve yaprak yüzeyini kaplayan cansız bir yapıdır.

E) Enzim Miktarı

Fotosentezin özellikle ışığa bağlı olmayan kısmında yoğun olarak enzimler kullanıldığından enzim miktarının artması fotosentez hızını bir noktaya kadar artırır sonra sabit kalır bunun nedeni artan enzim miktarına karşılık enzimin etki edeceği substrat miktarının sabit kalmasıdır.

Fotosentez ve Solunum Arasındaki İlişki

Solunum ve Fotosentez reaksiyonları arasında önemli bir döngü vardır. Mitokondride O2 ile tepkime veren Organik besin CO2 ve H2O açığa çıkarır bu bileşikler ise kloroplastta organik besin yapımı için kullanılır.

Solunumun ürünleri fotosentez için tepkimeye giren moleküller oluyor.

FOTOSENTEZ SOLUNUM

 

Fotosentez ve Oksijenli Solunumun Ortak Özellikleri

  • Her ikisinde de ETS elemanları bulunur
  • Her ikisinde de ATP sentezi gerçekleşir
  • Her ikisinde de Enzimler görev yapar
FOTOSENTEZ OKSİJENLİ SOLUNUM
Işıklı ortamda gerçekleşir Işıklı veya ışıksız her zaman gerçekleşir
Klorofil içeren canlılarda görülür Prokaryotlar hariç tğm canlılarda görülür
Ökaryot canlılarda kloroplastta gerçekleşir Ökaryot canlılarda mitokondride gerçekleşir
Işık Enerjisi ile Besin ve Oksijen üretilir Besin ve Oksijen tüketilip ATP üretilir
CO2 ve H2O tüketilir CO2 ve H2O üretilir
Endergonik (Enerji Alan) Egzergonik (Enerji veren)
bitkide ağırlık artışına neden olur Canlıda ağırlık azalmasına neden olur
Işık enerjisi besinde kimyasal bağ enerjisi olarak depo edilir Besindeki kimyasal bağ enerjisinden ATP üretilir
Sadece Fotofosforilasyon görülür SDF + ODF görülür

 

YGS – LYS Fotosentez biyoloji konu anlatımımızın sonuna geldik sonraki dersimizde görüşmek üzere.

No comments yet.

Bir Cevap Yazın