Fotosentez nedir ve süreci nasıl gerçekleşir?

Fotosentez nedir? Fotosentez, ışık enerjisinin kimyasal enerjiye dönüştürüldüğü bir süreçtir ve bu kimyasal enerji hücresel aktiviteler için yakıt olarak kullanılır. Kimyasal enerji, su ve karbondioksitten oluşturulan şekerler şeklinde depolanır.

Fotosentez nedir?

Fotosentez, yalnızca kloroplastlarda gerçekleşen bir süreçtir ve klorofil a, klorofil b, karoten ve ksantofil gibi fotosentetik pigmentler aracılığıyla işler. Tüm yeşil bitkiler ve bazı diğer ototrof organizmalar, karbondioksit, su ve güneş ışığını kullanarak kendi besinlerini üretmek için fotosentez yapar. Oksijen, fotosentezin yan ürünüdür.

Fotosentez, yeşil bitkilerin yanı sıra diğer organizmalar için de kullanılmaktadır. Bu organizmalar arasında siyanobakteriler ve yeşil ve mor sülfür bakterileri gibi birkaç prokaryot bulunmaktadır. Fotosentez, bu organizmalarda yeşil bitkilerdeki gibi gerçekleşir.

Fotosentez sırasında üretilen glikoz, çeşitli hücresel aktiviteler için yakıt olarak kullanılır. Bu fizikokimyasal sürecin yan ürünü oksijendir.

Algler de fotosentez yaparak güneş enerjisini kimyasal enerjiye dönüştürür. Oksijen yan ürün olarak serbest bırakılır ve ışık, fotosentez sürecini tamamlamak için ana faktör olarak kabul edilir.

Bitkiler, ışık enerjisini kullanarak karbondioksit ve suyu glikoz ve oksijene dönüştürdüğünde fotosentez gerçekleşir. Yapraklar, kloroplast adlı mikroskopik hücresel organellere sahiptir.

Her bir kloroplast, klorofil adı verilen yeşil pigment içerir. Klorofil molekülleri ışık enerjisini emerken, karbondioksit ve oksijen yaprak epidermisindeki stoma deliklerinden geçer.

Fotosentezin diğer yan ürünü glikoz ve fruktoz gibi şekerlerdir. Bu şekerler kök, gövde, yaprak, meyve, çiçek ve tohumlara gönderilir. Başka bir deyişle, bitkiler bu şekerleri enerji kaynağı olarak kullanır ve büyümelerine yardımcı olur. Ardından bu şeker molekülleri birleşerek selüloz ve nişasta gibi daha karmaşık karbonhidratları oluşturur. Selüloz, bitkilerin hücre duvarlarında kullanılan yapısal bir maddedir.

Fotosentez Nerede Gerçekleşir?

Kloroplastlar, bitkilerde ve yeşil alglerde fotosentez sürecinin gerçekleştiği organellerdir. Bitkilerin tüm yeşil kısımları – örneğin yeşil gövdeler, yeşil yapraklar ve çiçek bölümleri – kloroplast içerir. Bu hücresel organeller yalnızca bitki hücrelerinde bulunur ve mezofil hücrelerinde (ara doku) yer alırlar.

Fotosenteze Etki Eden Faktörler

Fotosentez süreci aşağıdaki faktörlere ihtiyaç duyar:

• Işık Yoğunluğu: Işık yoğunluğunun artması, fotosentez hızının artmasına yol açar. Başka bir deyişle, düşük ışık yoğunluğu daha yavaş bir fotosentez hızına neden olur.
• CO₂ Derişimi: Yüksek karbondioksit derişimi, fotosentez hızını artırır. Genellikle 300 ila 400 ppm aralığı fotosentez için yeterlidir.
• Sıcaklık: Etkili fotosentez için sıcaklığın 25 ila 35 santigrat derece arasında olması gerekir.
• Su: Su, fotosentezde önemli bir faktördür. Su eksikliği, karbondioksit alımında problemlere yol açar. Su kıtlığı, bitkinin koruyucu hücreleri olan stomaların içerdikleri suyu korumak amacıyla kapanmasına neden olur.
• Kirlilik: Endüstriyel kirleticiler ve diğer partiküller, yaprak yüzeyinde birikerek stomaları tıkayabilir; bu durum da karbon dioksit alımını zorlaştırır.

Fotosentez Denklemi

Fotosentez tepkimesi, su ve karbondioksit olmak üzere iki reaktanı içerir. Bu iki reaktant, oksijen ve glikoz adında iki ürün üretir. Bu nedenle, fotosentez tepkimesi endotermik (ısı gerektiren) bir reaksiyon olarak kabul edilir. Aşağıda fotosentez formülü verilmiştir:

6CO₂ + 6H₂O —> C₆H₁₂O₆ + 6O₂

Bazı özel bakteriler, bitkilerin aksine, fotosentez sırasında yan ürün olarak oksijen üretmezler. Bu tür bakterilere oksijensiz fotosentetik bakteriler (Anoxygenic photosynthetic bacteria) denir. Oksijenin yan ürün olarak üretildiği bakterilere ise oksijenli fotosentetik bakteriler (Oxygenic photosynthetic bacteria) denir.

Fotosentetik Pigmentler

Yapraklarda bulunan 4 farklı pigment şunlardır:

• Klorofil a
• Klorofil b
• Ksantofiller
• Karotenoidler

Klorofil Yapısı

Klorofil, bitki hücrelerindeki kloroplastlarda ve siyanobakterilerin mezosomlarında bulunan bir yeşil pigmenttir. Bu yeşil pigment, bitkinin güneş ışığını emmesini sağlar ve fotosentez sürecinde hayati bir rol oynar. Klorofil, klorofil a ve klorofil b’nin karışımından oluşur.

Bununla birlikte, yeşil bitkiler dışında, diğer fotosentetik organizmalar çeşitli farklı klorofil türlerine sahiptir; bunlara örneğin: klorofil c1, klorofil c2, klorofil d ve klorofil f dahildir.

Fotosentez Süreci

Fotosentez, hücresel düzeyde kloroplast adı verilen hücresel organellerde gerçekleşir. Bu organeller, bitkilerin karakteristik yeşil rengini sağlayan klorofil adlı yeşil pigmenti içerir; klorofil, yaprakların yeşil görünmesinden de sorumludur.

Daha önce belirtildiği gibi, fotosentez, yapraklarda ve bu sürecin gerçekleşmesinde kritik rol oynayan kloroplast adı verilen özel hücresel organellerde meydana gelir. Yaprak, yapısal olarak bir damar sistemi, epidermis ve mezofilden oluşur. Mezofil, fotosentez sırasında güneş ışığı ve karbondioksit absorpsiyonu için kullanılır.

Fotosentez Aşamaları:

• Fotosentez süreci sırasında, karbondioksit stomalar (yapraklardaki gözenekler) vasıtasıyla içeri girer. Su, kök lifleriyle emilip ksilem adı verilen odunsu damarlar aracılığıyla yapraklara taşınır. Klorofil, güneş ışığı enerjisini absorbe ederek su moleküllerini hidrojen ve oksijene ayırır.
• Su moleküllerinin parçalanmasıyla elde edilen hidrojen ve havadan alınan karbondioksit, glikoz üretimi için kullanılır. Aynı zamanda yan ürün olan oksijen, yapraklar aracılığıyla atmosfere salınır.
• Glikoz, bitkilerin besin kaynağı olup, büyüme ve gelişim için gerekli enerjiyi sağlar; diğer şekerler ise daha sonra kullanmak üzere köklerde, yapraklarda ve meyvelerde depolanır.
• Pigmentler, fotosentezin diğer temel hücresel bileşenleridir. Bu moleküller renk oluşumunu sağlar; bazıları belirli dalga boylarındaki ışığı emerken, emilmeyen ışığı yansıtır. Tüm yeşil bitkilerde esas olarak klorofil a, klorofil b ve karotenoidler bulunur; bu pigmentler kloroplastlardaki tilakoid zarlarında yer almaktadır. Öncelikle bu pigmentler, güneş ışığı enerjisini yakalamak için kullanılır ve klorofil a ana pigment olarak öne çıkar.

Fotosentez süreci iki aşamada gerçekleşir:

• Işığa Bağlı Reaksiyon (Işık Reaksiyonu)
• Işıktan Bağımsız Reaksiyon (Karanlık Reaksiyon).

Fotosentez Işık Reaksiyonu veya Işığa Bağlı Reaksiyon

• Fotosentez, yalnızca gündüz, ışığın varlığı altında gerçekleşen ışık reaksiyonu ile başlar. Bitkilerde bu reaksiyon, kloroplastlardaki tilakoid zarlarında meydana gelir.
• Tilakoidler içindeki kesecik benzeri zar yapılarına granumlar denir; bu yapı, ışığı toplayarak fotosistem oluşturur. Fotosistemler, bitki hücrelerinde bulunan protein ve pigment moleküllerinden oluşan büyük komplekslerdir ve ışık reaksiyonlarında temel rol oynarlar.
• İki tür fotosistem bulunur: Fotosistem I ve Fotosistem II.
• Işık reaksiyonlarında, güneş ışığı enerjisi ATP ve NADPH moleküllerine dönüştürülür; bu metabolitler, sonraki aşama olan karanlık reaksiyonda kullanılır.
• Bu süreçte, ATP ve NADPH üretimi sırasında iki elektron taşıma zinciri devreye girer; kullanılan suyun parçalanmasıyla da oksijen açığa çıkar.

Fotosentez ışık reaksiyonunun kimyasal denklemi şu şekilde özetlenebilir:

2H₂O + 2NADP⁺ + 3ADP + 3Pi → O₂ + 2NADPH + 3ATP

Fotosentez Karanlık Reaksiyonu veya Işıktan Bağımsız Reaksiyon

• Karanlık reaksiyona aynı zamanda karbon fiksasyonu reaksiyonu da denir.
• Bu reaksiyon, ışığa ihtiyaç duymayan bir süreç olup, su ve karbondioksit moleküllerinden şeker molekülleri üretilir.
• Karanlık reaksiyon, kloroplastın stromasında gerçekleşir ve ışık reaksiyonundan elde edilen ATP ile NADPH bu aşamada kullanılır.
• Bitkiler, atmosferden stomalar aracılığıyla karbondioksit alır ve bunu Calvin döngüsüne dahil eder.
• Calvin döngüsünde, ışık aşamasında üretilen ATP ve NADPH, 6 molekül karbondioksiti bir molekül şeker veya glikoza dönüştürmek için reaksiyonu ilerletir.

Karanlık reaksiyonun kimyasal denklemi aşağıdaki gibi özetlenebilir:

3CO₂ + 6NADPH + 5H₂O + 9ATP → G3P + 2H⁺ + 6NADP⁺ + 9ADP + 8Pi

G3P: Gliseraldehit-3-fosfat

Fotosentezin Önemi

Fotosentez, yeryüzünde yaşamın (tüm canlıların yaşamı) sürdürülebilmesi için elzemdir. Fotosentez, gıda zincirinde hayati bir rol oynar; bitkiler bu süreçle kendi besinlerini üretir ve sonuç olarak ekosistemin temel üreticilerini oluştururlar. Aynı zamanda, fotosentez oksijen üretiminden de sorumludur; zira çoğu organizmanın hayatta kalabilmesi için oksijen gereklidir.

Sıkça Sorulan Sorular