Fotosentez, ışık enerjisinin kimyasal enerjiye dönüştürüldüğü ve bu kimyasal enerjinin hücresel faaliyetler için yakıt olarak kullanıldığı bir süreçtir. Kimyasal enerji, su ve karbondioksitten yapılan şekerler şeklinde depolanır.
Fotosentez tanımında, bu işlemin yalnızca kloroplastlarda ve klorofil a, klorofil b, karoten ve ksantofil gibi fotosentetik pigmentler aracılığıyla gerçekleştiği belirtilmektedir. Tüm yeşil bitkiler ve diğer birkaç ototrofik organizma, karbondioksit, su ve güneş ışığı kullanarak kendi yiyeceklerini yapmak için fotosentez kullanır. Oksijen, fotosentez sürecinin bir yan ürünüdür.
Biyolojide fotosentez nedir?
Yeşil bitkilere ek olarak, fotosentez diğer organizmalar için de kullanılır. Bu organizmalar, siyanobakteriler ve yeşil ve mor kükürt bakterileri dahil olmak üzere çeşitli prokaryotları içerir. Bu organizmalardaki fotosentez tıpkı yeşil bitkiler gibidir. Ardından fotosentez sırasında üretilen glikoz, çeşitli hücresel faaliyetler için yakıt olarak kullanılır. Bu fizyokimyasal sürecin yan ürünü oksijendir.
Algler ayrıca fotosentez yaparak güneş enerjisini kimyasal enerjiye dönüştürürler. Yan ürün olarak oksijen açığa çıkar ve ışık, fotosentez sürecini tamamlamak için ana faktör olarak kabul edilir.
Fotosentez, bitkiler karbondioksit ve suyu glikoz ve oksijene dönüştürmek için ışık enerjisi kullandıklarında meydana gelir. Yapraklarda kloroplast denilen mikroskobik hücre organelleri vardır.
Her kloroplastın klorofil adı verilen yeşil bir pigmenti vardır. Klorofil molekülleri ışık enerjisini emerken, karbondioksit ve oksijen yaprakların epidermisindeki stomalardan girer.
Fotosentezin diğer yan ürünleri glukoz ve fruktoz gibi şekerlerdir.
Daha sonra bu şekerler kök, gövde, yaprak, meyve, çiçek ve tohumlara gönderilir. Başka bir deyişle, bitkiler bu şekerleri büyümelerine yardımcı olmak için bir enerji kaynağı olarak kullanırlar. Daha sonra bu şekerlerin molekülleri birbirleriyle birleşerek selüloz ve nişasta gibi daha kompleks karbonhidratları oluştururlar. Selüloz, bitki hücre duvarlarında kullanılan yapısal bir materyaldir.
Bu süreç nerede gerçekleşir?
Kloroplastlar, bitkilerde ve yeşil alglerde fotosentezin yapıldığı yerdir. Yeşil gövdeler, yeşil yapraklar ve çiçeklerin ve çanak yaprakların bazı kısımları dahil olmak üzere bitkinin tüm yeşil kısımlarında kloroplastlar – yeşil plastlar bulunur. Bu organeller yalnızca bitki hücrelerinde bulunur ve mezofil hücrelerinin içinde yer alır.
fotosentezi etkileyen faktörler
Fotosentez süreci, aşağıdakileri içeren birkaç faktör gerektirir:
Işık şiddeti.
Işık yoğunluğunun artması fotosentez hızının artmasına neden olur. Başka bir deyişle, düşük ışık yoğunluğu daha düşük fotosentez hızına yol açar.
CO2 konsantrasyonu
Daha yüksek bir karbondioksit konsantrasyonu, fotosentez hızının artmasına yardımcı olur. Genellikle fotosentez için 300 ila 400 ppm aralığı yeterlidir.
Sıcaklık
Etkili bir fotosentez için sıcaklığın 25 ila 35 santigrat derece arasında olması gerekir.
Su
Su fotosentezde önemli bir faktör olduğu için eksikliği karbondioksit emiliminde sorunlara neden olur. Su eksikliği, içeride depolanan su miktarını korumak için koruyucu hücrelerin stoma gözeneklerini açmamasına neden olur.
Kirlilik
Endüstriyel kirleticiler ve diğer parçacıklar yaprağın yüzeyine yerleşir ve stomaları bloke ederek karbondioksitin emilmesini zorlaştırır.
Fotosentez denklemi
Fotosentez reaksiyonu, su ve karbon dioksit olmak üzere iki reaktan içerir. Bu iki tepken, oksijen ve glikoz adı verilen iki ürün üretir. Bu nedenle, fotosentez reaksiyonu bir endotermik reaksiyon olarak kabul edilir. Fotosentez formülü aşağıdaki gibidir:
6CO2 + 6H2O —> C6H12O6 + 6O2
Bazı bakteriler, bitkilerin aksine, fotosentezin bir yan ürünü olarak oksijen üretmezler. Bu tür bakterilere anoksijenik fotosentetik bakteriler denir. Fotosentezin yan ürünü olarak oksijen üreten bakterilere aerobik fotosentetik bakteri denir.
Fotosentez pigmentleri
Yapraklarda bulunan 4 farklı pigment türü şunlardır:
Klorofil a
Klorofil b
Ksantofiller
Karotenoidler
Klorofil yapısı
Klorofil, bitki hücrelerinin kloroplastlarında ve siyanobakterilerin mezozomlarında bulunan yeşil bir pigmenttir. Bu yeşil pigment, bitkinin güneş ışığını emmesini sağlar ve fotosentez sürecinde hayati bir rol oynar. Klorofil, klorofil a ve klorofil b’nin bir karışımıdır. Yeşil bitkilere ek olarak, diğer fotosentetik organizmalar, klorofil c1, klorofil c2, klorofil d ve klorofil f dahil olmak üzere çeşitli diğer klorofil türlerine sahiptir.
Fotosentez işlemi
Fotosentez, kloroplast adı verilen hücre organellerinde hücresel düzeyde yapılır. Bu organellerin varlığı nedeniyle yaprakların karakteristik yeşil rengi olan (yaprakların karakteristik yeşil renginden sorumludurlar) klorofil adı verilen yeşil bir pigmenti vardır.
Daha önce de belirtildiği gibi, fotosentez yapraklarda ve bu süreçten sorumlu olan kloroplast adı verilen özelleşmiş hücre organellerinde gerçekleştirilir. Bir yaprak yapısal olarak bir yaprak sapı, epidermis ve bir yaprakçıktan oluşur. Yaprakçık, fotosentez sırasında güneş ışığını ve karbondioksiti emmek için kullanılır.
Fotosentezin Adımları:
Fotosentez işlemi sırasında, stoma yoluyla karbondioksit girer, su kökler tarafından emilir ve ksilemler tarafından yapraklara taşınır. Klorofil, su moleküllerini hidrojen ve oksijene dönüştürmek için güneşin ışık enerjisini emer.
Parçalanan su moleküllerinden elde edilen hidrojen ve havadan alınan karbondioksit, glukoz üretiminde kullanılır. Ayrıca oksijen, yapraklar aracılığıyla atık ürün olarak havaya salınır.
Glukoz, büyüme ve gelişme için enerji sağlayan bitkilerin besin kaynağıdır, geri kalan şekerler ise daha sonra kullanılmak üzere kök, yaprak ve meyvelerde depolanır.
Pigmentler, fotosentezdeki diğer temel hücresel bileşenlerdir. Bu moleküller renk yaratır, ışığın belirli dalga boylarını emer ve emilmemiş ışığı yansıtır. Tüm yeşil bitkiler, kloroplastların thylakoids’inde bulunan klorofil a, klorofil b ve karotenoidlere sahiptir. Bu pigmentler esas olarak ışık enerjisini yakalamak için kullanılır. Klorofil a ana pigmenttir. Fotosentez süreci iki aşamada gerçekleşir:
Fotoreaksiyon veya ışığa bağlı reaksiyon
Karanlık reaksiyon veya ışıktan bağımsız reaksiyon
Fotoreaksiyon veya ışığa bağlı reaksiyon
Fotosentez, sadece gün boyunca ışık varlığında meydana gelen bir foto reaksiyonla başlar. Bitkilerin ışık reaksiyonu, kloroplasttaki thylakoids zarlarında gerçekleştirilir.
Granomlar, ışığı toplayan ve fotosistemler olarak adlandırılan, thylakoids içindeki zarlı kese benzeri yapılardır.
Bu fotosistemler bitki hücrelerinde protein molekülleri ve pigmentler içeren geniş komplekslere sahiptir ve fotosentezin ışık reaksiyonlarında ana rolü oynarlar.
İki tür fotosistem vardır: fotosistem I ve fotosistem II.
Fotosentezin ışık reaksiyonlarında ışık enerjisi, ikinci aşamada kullanılan ATP ve NADPH’ye dönüştürülür.
Fotoreaksiyonlarda ATP ve NADPH iki elektron taşıma zinciri ile yapılır, su kullanılır ve oksijen üretilir.
Fotosentezin ışık reaksiyonunun kimyasal denklemi aşağıdaki gibi özetlenebilir:
2H2O + 2NADP+ + 3ADP + 3Pi → O2 + 2NADPH + 3ATP
Karanlık reaksiyon veya ışıktan bağımsız reaksiyon
Karanlık reaksiyona karbon sabitleme reaksiyonu da denir.
Bu reaksiyon, şeker moleküllerinin su moleküllerinden ve karbondioksitten üretildiği, ışıktan bağımsız bir süreçtir.
Karanlık reaksiyon, ışık reaksiyonunun ürünleri olan ATP ve NADPH’nin tüketildiği kloroplast stromasında gerçekleştirilir.
Bitkiler, atmosferdeki karbondioksiti stomalar aracılığıyla alır ve Calvin’in fotosentetik döngüsüne girer.
Calvin döngüsünde, ışık fazında elde edilen ATP ve NADPH, reaksiyonu yönlendirir ve 6 molekül karbondioksiti bir molekül şeker veya glukoza dönüştürür.
Karanlık reaksiyonun kimyasal denklemi aşağıdaki gibi özetlenebilir:
3CO2 + 6 NADPH + 5H2O + 9ATP → G3P + 2H+ + 6 NADP+ + 9 ADP + 8 Pi
Fotosentezin önemi
Fotosentez, dünyadaki yaşamın (tüm organizmaların yaşamı) varlığı için gereklidir. Fotosentez, besin zincirinde hayati bir rol oynar – bitkiler bu işlemle kendi besinlerini yaparlar ve bu nedenle birincil üreticilerdir.
Fotosentez ayrıca oksijen üretiminden de sorumludur – çoğu organizma hayatta kalmak için oksijene ihtiyaç duyar.