Fotosentez Konu Anlatımı
FOTOSENTEZE GİRİŞ
✔ İnorganik maddelerden ışık enerjisi ve klorofil pigmenti yardımı ile organik madde üretimine fotosentez denir.
✔ Fotosentez yaparak beslenen canlılara fotoototrof denir.
FARKLI FOTOSENTEZ MEKANİZMALARI
✔ Fotoototrof canlılarda, fotosentezde kullanılan hidrojen kaynakları farklı olabilir. bu durum canlılarda farklı fotosentez mekanizmalarının görülmesine neden olmuştur.
Hidrojen kaynağı olarak H2O kullanan canlılar
✔ Bitkiler, algler ve siyanobakteriler (mavi-yeşil alg) tarafından gerçekleştirilir.
✔ Hidrojen kaynağı olarak su kullandıklarından organik maddenin yanında yan ürün olarak oksijen oluşturarak atmosferin oksijen miktarını artırırlar. Hidrojen kaynağı olarak:
H2O Karbon kaynağı olarak:
CO2 Oksijen kaynağı olarak:
H2O 6CO2 + 12H2O –> C6H12O6 + 6O2 + 6H2O
Hidrojen kaynağı olarak H2S kullanan canlılar
✔ Sülfür bakterileri tarafından gerçekleştirilir.
✔ Hidrojen kaynağı olarak hidrojen sülfür kullandıklarından organik maddenin yanında yan ürün olarak kükürt oluştururlar.
✔ Oksijen üretmezler. Hidrojen kaynağı olarak: H2S Karbon kaynağı olarak: CO2 6CO2 + 12H2S –> C6H12O6 + 12S + 6H2O Hidrojen kaynağı olarak H2 kullanan canlılar
✔ Hidrojen bakterileri tarafından gerçekleştirilir.
✔ Hidrojen kaynağı olarak hidrojen gazı kullandıklarından organik maddenin yanında yan ürün oluşturmazlar.
✔ Oksijen üretmezler. Hidrojen kaynağı olarak: H2 Karbon kaynağı olarak: CO2 6 CO2 + 12 H2 –> C6H12O6 + 6 H2O
✔ Robert Hill, fotosentezin reaksiyonları ile ilgili deneyler yaparak fotosentezin ışık reaksiyonları sonucu açığa çıkan oksijen gazının kaynağının CO2 değil, H2O olduğunu ortaya çıkarmıştır. Buna Hill Reaksiyonu denir. 6CO2 + 6H2O –> C6H12O6 + 6O2 Tüm Fotoototroflarda Görülen Durumlar ✔ Karbon kaynağı olarak CO2 kullanırlar.
✔ Klorofil ve ışık kullanırlar.
✔ Organik madde ve su oluştururlar.
✔ Hidrojen kaynağı kullanırlar. (Hidrojen kaynağı değişiklik gösterir.)
✔ Ökaryot hücrelerde klorofil pigmenti kloroplast organeli içinde yer alır. Bu nedenle kloroplast fotosentezden sorumludur.
✔ Prokaryot hücrelerde klorofil pigmenti hücre zarına bağlı olacak şekilde sitoplazmada bulunur. Hücre zarı ve sitoplazma beraberce kloroplast gibi görev yapar. Hücre zarı kloroplast içindeki tilakoit zar sisteminin görevini üstlenirken sitoplazma stromanın görevini üstlenmiştir.
KLOROPLAST
✔ Klorofil pigmenti taşıyan yeşil plastiddir.
✔ Fotosentezin gerçekleşmesini sağlar.
✔ Dış ve iç olmak üzere iki katlıdır. İç zarı düzdür.
✔ İçi stroma ile doludur. Bu sıvı içerisinde DNA, RNA, ribozom, enzim de dahil olacak şekilde birçok organik ve inorganik madde bulunur.
✔ İçinde üçüncü bir zar sistemi bulunur. Buna tilakoit zar sistemi denir. Klorofiller granumların tilakoit zarına tutunmuş bir şekilde bulunur. Granumlar tilakoit ara lameller ile birbirine bağlanarak granaları oluşturur.
✔ Kendini eşleyebilir ve protein sentezi yapabilir.
Işık
✔ Doğada çok farklı ışık türü vardır. Işık, dalga boylarına göre sıralanmıştır. Bu şekilde elektromanyetik spektrum oluşur.
✔ Elektromanyetik spektrumun 380nm ile 750nm arasındaki ışık fotosentez yapmaya uygundur. Bu ışığa görünür ışık denir.
✔ Görünür ışık (beyaz ışık) prizmadan geçirildiğinde ışık, dalga boylarına göre renklerine ayrılır.
✔ Işık cisimle karşılaştığında; Cismin içinden geçebilir. Yansıtabilir. Soğurabilir. Bunun nasıl olacağı cismin kimyasal özelliği ile ilgilidir.
✔ Görünür ışığı soğurabilen cisimlere pigment denir.
✔ Pigmentin soğurduğu ışık, fotosentezin gerçekleştirilmesine olanak tanır.
Klorofil
✔ Fotosentezde görev alan birçok pigment vardır. En temel fotosentez pigmenti klorofildir.
✔ Klorofil pigmenti kırmızı ve mor ışığı soğururken yeşili yansıtır. Yeşili yansıttığından klorofil yeşildir.
✔ Klorofilin yapısında Mg, N, C, O, H atomları bulunur. Fe ise yapısına katılmaz. Ancak, üretimini sağlayan enzimin çalışması için gereklidir. Fotosenteze Yardımcı Pigmentler
✔ Klorofilin soğurabildiği dalga boylu ışıklardan daha farklı dalga boyundaki ışıkları soğururlar. Böylece farklı dalga boylarında da verimli fotosentez gerçekleşmesi sağlanır.
✔ Zararlı ışıklardan klorofili korurlar. Engelmann Deneyi Engelmann beyaz ışığı bir prizmadan geçirerek ışığın renklere ayrılmasını sağlamıştır. Renklere ayrılan ışığı ipliksi yeşil alg üzerine düşürmüştür. Yeşil algin etrafına oksijenli solunum yapan bakteri türü yerleştirmiştir. Bakterilerin kırmızı, mavi ve mor ışık etrafında daha çok; yeşil ışık etrafında ise daha az ürediği görülmüştür.
Fotosentez Reaksiyonları
✔ Fotosentez ışık varlığında gerçekleşen bir reaksiyondur.
✔ Birbiri ile bağlantılı iki reaksiyondan oluşur, bunlar; ışığa bağlı ve ışıktan bağımsız reaksiyonlardır. Işığa Bağımlı Reaksiyonlar
✔ Işık gereklidir.
✔ Klorofil görev alır.
✔ Kloroplastın granasında (granumunda) gerçekleşir.
(Tilakoit zar sistemi)
✔ Enzimler görev alır ancak enzim miktarı ışıktan bağımsız evreye göre oldukça az olduğundan sıcaklık değişimlerinde çok fazla etkilenmezler. Daha çok ışık etkisinde gerçekleşen reaksiyonlardır.
✔ Fotosistemler ve ETS görev alır.
✔ Su kullanılır. Su ışık yardımı ile oksijen, hidrojen ve elektrona parçalanır.
(Fotoliz)
Oksijen gaz olarak atmosfere verilir. Hidrojen ve elektron ETS etkisi ile NADP molekülüne aktarılır ve NADPH2 oluşturulur. Bu sırada fotofosforilasyon ile ATP üretimi yapılır
✔ Reaksiyon sonucunda O2 , ATP, NADPH2 üretilir. Üretilen oksijen atmosfere verilirken ATP ve NADPH2 organik madde üretiminin gerçekleşebilmesi için ışıktan bağımsız evreye gönderilir. Işığa bağımlı reaksiyonlarda
12 H2O 6 O2 12 NADP 12 NADPH2 18 ADP 18 ATP Kullanılır Üretilir
Kemiozmozis:
Tilakoit zarın her iki tarafındaki (tilakoit boşluk- stroma) hidrojen konsantrasyonuna bağlı olarak ATP üretim mekanizmasıdır.
Işıktan bağımsız reaksiyon (Calvin Döngüsü)
✔ Işık gerekli değildir. Ancak gerçekleşmesi için ışığa bağımlı reaksiyona ihtiyacı olduğundan aydınlık ortamda gerçekleşir.
✔ Kloroplastın stromasında gerçekleşir.
✔ Enzimler görev alır bu nedenle sıcaklık değişimlerinden çok etkilenir.
✔ CO2, NADPH2 ve ATP kullanılır.
✔ CO2 özümlemesi ve indirgemesi olur.
✔ NADPH2 elektronlarını bırakıp NADP haline gelir (yükseltgenir).
✔ ATP de ADP haline gelir.
✔ NADP ve ADP ışıklı evre geri gönderilir.
✔ Organik madde ve H2O üretilir.
✔ Fotosentezde asıl kazanç PGAL (Organik madde)’dir.
✔ Geri dönüşüm reaksiyonları ile PGAL den aminoasit, yağ asidi, vitamin, glikoz gibi organik maddeler üretilir. Üretilen maddeler canlının türüne göre değişiklik gösterir. Üretilen glikozun bir kısmı solunumla harcanır. Bir kısmı ise maltoz, sükroz, nişasta ve selüloz sentezinde kullanılır. Işıktan bağımsız reaksiyonlarda 6 CO2 12 NADPH2 18 ATP harcanır Organik madde 12 NADP 18 ADP 6 H2O üretilir.
FOTOSENTEZ HIZINA ETKİ EDEN GENETİK ETMENLER
1) Kloroplast ve Klorofil Sayısı: Kloroplast ve klorofil fotosentezi gerçekleştiren yapılardır. Bu yapıların fazla olması daha fazla fotosentez yapılmasını sağlar.
2) Yaprak Sayısı ve Genişliği: Bir bitkinin temel fotosentez organı yapraklarıdır. Yaprak sayısının fazla olması daha fazla fotosentez yapılması anlamına gelir. Yaprak genişliğinin artması, yaprağın ışıkla temas yüzeyini artırır. Bu durum fotosentezin artmasına neden olur.
3) Stoma Sayısı: Bitkideki gaz alışverişinin yapılmasını sağlayan yapılardan en önemlisi stomadır. Stoma sayısının fazla olması O2 ve CO2 alışverişini artıracağından fotosentezi artırır.
4) Enzim Miktarı: Fotosentez reaksiyonlarında çok sayıda enzim görev alır. Enzim miktarının artması fotosentezi de artırır.
5) Kütikula Kalınlığı: Kütikula, yaprağın yüzeyini örten ve bitkinin su kaybını azaltan epidermis tarafından üretilmiş bir tabakadır. Bu tabaka kurak ortam bitkilerinde kalın, nemli ortam bitkilerinde ise incedir. Kütikulanın kalınlığı arttıkça güneş ışınlarının fotosentez yapabilen hücrelere ulaşması zorlaşır. Bu durum fotosentez hızını azaltır
ÇEVRESEL ETMELER
✔ Fotosentezi birden fazla faktör etkilediği için fotosentez hızının miktarı minimum olan faktör tarafından sınırlandırılır. Buna minimum yasası denir. Sıcaklık ve ışık şiddetinin uygun olduğu ortamda su miktarı olması gerekenden az ise fotosentez hızını su miktarı belirler.
1) Işık Şiddeti
✔ Işık şiddeti arttıkça fotosentez hızı belirli bir seviyeye kadar artar. Daha sonra sabit kalır.
✔ Işık şiddeti öncelikle ışığa bağımlı evreyi etkiler. Işığa bağımlı evrenin etkilenmesi dolaylı olarak ışıktan bağımsız evreyi de etkiler.
2) Işığın Dalga Boyu
✔ Klorofil molekülü en fazla kırmızı ve mor dalga boylu ışığı; en az ise yeşil dalga boylu ışığı soğurur. Bu nedenle fotosentez hızı kırmızı ve mor dalga boylu ışıklarda fazla, yeşil dalga boylu ışıkta azdır.
✔ Öncelikle ışığa bağımlı evreyi etkiler. Işığa bağımlı evrenin etkilenmesi dolaylı olarak ışıktan bağımsız evreyi de etkiler.
✔ Işığın enerjisi ile fotosentez hızı arasında ilişki yoktur.
3) Karbondioksit Miktarı
✔ Karbondioksit miktarı arttıkça, fotosentez hızı da belirli bir seviyeye kadar artar. Daha sonra sabit kalır.
✔ Karbondioksit miktarının artması öncelikle ışıktan bağımsız evreyi etkiler. Işıktan bağımsız evre etkilendiğinden ışığa bağımlı evreyi de dolaylı olarak etkiler.
✔ Ortamın karbondioksit konsantrasyonu çok fazla düşerse canlı CO2 bağlayamaz.
✔ Karbondioksit miktarı ve ışık şiddeti beraber düşünüldüğü zaman fotosentez hızında değişiklikler görülür. Karbondioksit miktarı yeterli ise fotosentez hızı ışık şiddetine göre değişir.
✔ Eğer bitkinin fotosentez yaptığı ortama kireç suyu, KOH ve NaOH maddeler konulursa fotosentez olumsuz etkilenir. Çünkü bu moleküller karbondioksit tutucudurlar; ortamdaki karbondioksiti tutarak canlının fotosentez yapmasını engeller.
✔ Seralara ıslak saman konularak bitkilerin daha fazla fotosentez yapması sağlanabilir. Çünkü ıslak saman içindeki saprofitler ayrışma yaparak seranın karbondioksit miktarını artırırlar.
4) Sıcaklık
✔Fotosentez reaksiyonlarında görev alan enzimler sıcaklık değişimlerinden oldukça etkilenirler. Sıcaklığın optimum değerin altına düşmesi ya da üstüne çıkması fotosentez hızını azaltır. Optimum değerin çok fazla üstüne çıkılması enzim faaliyetlerini geri dönüşümsüz olarak durdurur.
(Denatürasyon)
✔ Fotosentez tepkimeleri sıcaklık değişiminden etkilenir ancak ışıktan bağımsız evrede daha fazla enzim görev aldığından ışıktan bağımsız tepkimeler sıcaklık değişiminden daha fazla etkilenir.
✔ Işık şiddeti ile sıcaklık beraber düşünüldüğünde sıcaklık yükselse bile düşük ışık şiddetinde fotosentez hızında belirgin bir değişiklik olmayacaktır.
5) Mineraller
✔ Fe, Mg, N, P, S, K, Ca gibi minerallerin fotosentezde rolü vardır. Minerallerin fotosentez hızına etkisi minimum yasasına göre belirlenir.
✔ Fe; ETS elemanının yapısına katılır ayrıca klorofilin üretiminde görev alan enzimin kofaktörüdür.
✔ Mg klorofilin yapısına katılır.
✔ Ortamda ışık olmadığında klorofil için gerekli tüm maddeler varsa bile, klorofil sentezi yapılmaz.
6) Su Miktarı
✔ Su miktarının artması fotosentezi artırır. Bir değerden sonra ise fotosentez hızını etkilemez.
✔ Öncelikle ışığa bağımlı reaksiyonları etkilerken ışığa bağımlı reaksiyonların etkilenmesi nedeni ile ışıktan bağımsız reaksiyonu dolaylı olarak etkiler.
7) pH
✔ Fotosentezde görev alan enzimlerin çalıştığı optimum pH aralığının dışına çıkılırsa fotosentezin hızı olumsuz etkilenir. Enzim çalışmasını geri dönüşümsüz olarak bozar. (denatürasyon)
Kaynak:selinhoca
