Fotosentez

FOTOSENTEZ Alm. Photosynthese (f), Fr. Photosynthése (f), İng. Photosynthesis. Yeşil bitkilerin, ışık enerjisi yardımıyla, karbondioksit (CO2) ve suyu (H2O) birleştirerek organik besin yapması olayı. “Karbon özümlemesi” de denir.
 

Bu olay bitkilerin kloroplastça zengin olan yeşil kısımlarında olur. Fotosentez, basit ve yüksek yapılı bütün klorofilli kara ve su bitkileriyle az bir bakteri türünde cereyan eder. En çok yapraklarda olur. Mantarlar fotosentez yapmaz. Fotosentez sonucu, glikoz, su ve oksijen meydana gelir. Glikoz, meydana gelen diğer elementlerle birleşerek kimyâsal yapısını değiştirerek, diğer karbonhidratlar, yağlar ve aminoasitlere dönüşür.

Güneş enerjisi fotosentez aracılığıyla kimyâsal bağ enerjisine dönüşerek meydana gelen besinlerde depolanır. Sindirim sonucu besinlerin yakılmasıyla açığa çıkan bu enerji, hayâtî enerji olarak kullanılır. Güneş, hayat için en önemli enerji kaynağıdır. Güneşsiz hayat düşünülemez. Karanlık deniz diplerinde yaşayan canlılar da üst tabakalardan diplere çöken besinlere muhtaçtır. Fotosentezin genel formülü şöyledir: ışık 6CO2+12H2O → C6H12O6+6H2O+6O2 klorofil Fotosentez olayı, formülde ifâde edildiği gibi basit bir olay değildir. Birçok ara reaksiyonlardan sonra gerçekleşir. Bu ara reaksiyonlardan birçoğu bugün bile bilinmemektedir.

Reaksiyonları iki devrede incelenir: Işık devresi, karanlık devre. Işık devresi: Kloroplastların grana bölgesinde gerçekleşir. Granalar klorofilce zengin yeşil tâneciklerdir. Bu devre maddeler hâlinde özetlenirse: a) Klorofil molekülleri, ışık enerjisini emerek hareketlenir ve elektron kaybederek elektron alıcı durumuna geçerler. Işık enerjisi böylece kimyâsal enerjiye dönüşmüş olur. Klorofil, emdiği enerjiyi bir molekülden diğerine aktarmasıyla fotosentez reaksiyonlarında katalizör görevi yapar. b) Kimyâsal enerji ile su parçalanır: H2O → H+ + OH- Klorofil kaybettiği elektronları OH- iyonlarından sağlar. OH- iyonları kaybettikleri elektronları karşılamak için birleşerek su ve oksijen meydana getirir: 4(OH)- ⎯→ 2H2O+O2 c) Serbest kalan O2 açığa çıkar. Açığa çıkan O2, suyun ayrışmasından meydana gelmiştir. d) Suyun parçalanmasından açığa çıkan hidrojen iyonları suya dönüşmemek ve kaçmamak için NADP tarafından tutulur. NADP (nikotinamid adenin dinükleotit fosfat) hidrojen taşıyıcı bir koenzimdir. TPN (trifosforidin nükleotit) de denir. e) Hidrojen tutarak NADPH2 moleküllerine dönüşür. f) Klorofilden ayrılan elektronlar elektron taşıma sistemine geçerken açığa çıkan enerji ile ATP molekülleri de sentezlenir. Dikkat edilirse, kimyâsal enerjiye dönüşen ışık enerjisinin NADPH2 ve ATP moleküllerinde depolandığı görülür. g) Kloroplastlarda ışık karşısında ATP sentezlenmesine “devirli fotofosforilasyon” denir. Bu devrede sâdece ATP sentezlenir: Kloroplast ADP+P → ATP Işık h) Karanlık devre reaksiyonları için gerekli olan ATP ve NADPH2’nin sentezlenmesine “devirli olmayan fotofosforilasyon” denir: Kloroplast 2NADP + 2ADP + 2P + 2H2O → 2NADPH2 + 2ATP + O2 Işık (Fotosentezin ışık fazında kloroplast ve ışık gereklidir.)

Karanlık devre: Kloroplastların stroma bölgesinde gerçekleşir. Stromalar protein tabiatındadır. Bu devrede ışığa ihtiyâç yoktur. Aydınlıkta da karanlıkta da olabilir. CO2’nin devreye girmesiyle başlar. Hidrojen ile CO2 reaksiyonlar sonucu birleşerek karbonhidratları (organik besinleri) meydana getirirler. a) CO2 beş karbonlu bir şeker olan ribulas difosfat tarafından tutulur. b) Altı karbonlu kararsız ara madde ve üçer karbonlu iki fosfogliserik asit (PGA) meydana gelir.

c) PGA, NADPH2 tarafından sağlanan (H) atomu ile birleşir. PGAL (fosfogliser aldehid) meydana gelir. PGAL triozfosfattır. d) Triozfosfat molekülleri ikişer ikişer birleşerek heksoz difosfatları, difosfatların atılmasıyla da altı karbonlu şeker olan heksozlar sentezlenir. Reaksiyonlar sonucu glikoz sentezlenir. (Karbon devri için gerekli enerji, ışık devresinde sentezlenen ATP ve NADPH2’den sağlanır.) e) CO2’nin ve H2’nin glikoza katılışına kadar 12 çeşit enzim görev yapar. Glikoz molekülleri bir enzim yönetiminde nişastaya çevrilirken su açığa çıkar. Nişasta Fosforilaz (C6H10O5)n nC6H12O6 → .H2O+(n-1)H2O Nişasta f) Bir molekül CO2’nin karbon devrine sokulması için 3 ATP ve 2 NADPH2 moleküllerine ihtiyâç vardır. 6 mol CO2’den, 1 mol glikoz meydana gelmesi için 18 ATP ve 12 NADPH2 moleküllerine ihtiyâç vardır. Gerekli ek ATP molekülleri, devirli fotofosforilasyondan elde edilir.

Bakterial fotosentez: Işık enerjisini kullanarak organik bileşikler yapan bakterilere fotosentetik bakteriler, fotosentez işlemlerine de bakterial fotosentez denir. Bu organizmalardaki fotosentetik pigment, klorofil -a’ya benzer olup, “bakterioklorofil” adını alır. Bu pigment ışık enerjisini kimyâsal enerjiye dönüştürür. Bu enerji de karbon bağlarında kullanılır.

Bakteri ve bitki fotosentezinde bir diğer önemli fark; bakterilerde, karanlık devre reaksiyonları için suyun hidrojen kaynağı olarak kullanılmamasıdır. Onun yerine hidrojen sülfür (H2S), hidrojen gazı (H2) veya çeşitli organik bileşikler kullanılır. Fotosentetik bakteriler anaeroptur. Serbest oksijene ihtiyaç duymazlar. İnorganik maddelerden organik madde yapılırken, su parçalanmaz ve serbest oksijen açığa çıkarmazlar. Meselâ; mor ve yeşil sülfür bakterilerinde hidrojen kaynağı H2S’tir. Bu bileşik parçalandığında, hidrojen atomları, elektronlar ve serbest sülfür açığa çıkar. Bakterial fotosentez sonucunda bakteriler, sülfür kristallerini sitoplazmalarında biriktirir veya hüclerinden dışarı atarlar: Işık 6CO2+12H2S → C6H12O6+6H2O+12S Bakterioklorofil (Sülfür) (Bakterial fotosentezin denkleminde de oksijen çıkmadığı görülmektedir.)

Fotosentez hızını etkileyen faktörler: 1. Işık: Işık şiddetinin belli bir noktaya kadar artışı, fotosentez hızını artırdığı halde, belli bir noktadan sonraki artışlar, fotosentezin hızını etkilemez. 2. CO2 yoğunluğu: CO2 yoğunluğunun artışı, belli bir noktaya kadar fotosentez hızını arttırdığı halde, belli bir noktadan sonraki yoğunluk artışı fotosentezi etkilemez. 3. Sıcaklık: 30°C’ye kadar sıcaklık artışları, fotosentez hızını artırdığı halde, sonraki artışlar fotosentez hızını düşürür. 30°C’den sonraki sıcaklıklarda protein yapısında olan enzimler bozulmaya başlar. 60°C’de çökelir. 4. Yaprak ve stomaların (gözenek); yapı, sayı ve şekli de fotosentezi etkiler. Geniş yaprak ve bol