ÖĞRENME ALANI : CANLILAR VE HAYAT ÜNİTE 6 : CANLILAR VE ENERJİ İLİŞKİLERİ

Ebat: px
Şu sayfadan göstermeyi başlat:

Download "ÖĞRENME ALANI : CANLILAR VE HAYAT ÜNİTE 6 : CANLILAR VE ENERJİ İLİŞKİLERİ"

Transkript

1 ÖĞRENME ALANI : CANLILAR VE HAYAT ÜNİTE 6 : CANLILAR VE ENERJİ İLİŞKİLERİ B FOTOSENTEZ : 1 Güneş Enerjisinin Dönüştürülüp Depolanması 2 Fotosentez Olayı (Karbondioksit Özümlemesi) 3 Fotosentez Hızını Etkileyen Faktörler 4 Fotosentezin Canlılar İçin Önemi 1

2 B FOTOSENTEZ : 1 Güneş Enerjisinin Dönüştürülüp Depolanması : Yeryüzünde yaşayan bütün canlılar yaşamlarını sürdürebilmek için enerjiye ihtiyaç duyarlar. Canlıların ihtiyaç duydukları enerjinin hücre içinde üretimi, başka enerji çeşitlerine dönüşümü veya bir hücreden diğer bir hücreye ya da bir canlıdan başka bir canlıya akışı, canlılığın temelini oluşturur. Canlılarda enerji dönüşümü üç yolla olur. Birinci enerji dönüşümünde fotosentez olayı ile güneş ışığı (enerjisi) kimyasal enerjiye dönüşerek organik moleküllerin kimyasal bağlarında depolanır. İkinci enerji dönüşümünde, organik moleküllerin kimyasal bağlarındaki kimyasal bağ enerjisi hücre içindeki solunum olayı ile ATP moleküllerine taşınır ve ATP enerjisine dönüşür. Üçüncü enerji dönüşümünde ATP molekülündeki kimyasal bağ enerjisi çeşitli yaşamsal faaliyetlerde (kasılma, sinirlerde uyarı iletimi, üreme, büyüme gibi) kullanılır. Yeryüzünde yaşayan bütün canlıların yaşamlarını sürdürebilmek için kullandıkları enerjinin temel kaynağı güneş enerjisi dir. Fakat hiçbir canlı güneş enerjisini doğrudan kullanamaz. Güneş enerjisi ancak farklı enerji türlerine dönüştürülerek kullanılabilir. Güneş enerjisinin başka enerjilere dönüşmesi soğurulma sonucu gerçekleşir ve güneş enerjisini farklı enerji türüne dönüştürerek kullanılabilir hale getirilmesini sağlayan canlılar fotosentez yapabilen üretici canlılardır. (Yeşil bitkiler, bazı bakteriler, mavi yeşil algler = su yosunları, öglenalar). Bitkilerde, fotosentez olayı bitkinin yeşil renkli kısımlarındaki hücrelerde bulunan kloroplastlarda gerçekleşir. Kloroplastlarda klorofil denilen madde bulunur. Klorofil maddesi bitkiye yeşil renk verir ve güneş enerjisinin emilerek hücrelerde kullanılacak olan ATP enerjisine dönüştürülmesini ve depolanmasını sağlar. Yeşil bitkilerde üretilen ilk ATP enerjisi fotosentez olayının başlaması için kullanılır. Fotosentez olayında su, madensel tuzlar, CO 2 gazı, klorofil, enzimler ve ATP enerjisi kullanılır, fotosentez sonucu besin (glikoz) ve oksijen üretilir. Klorofil tarafından üretilen ATP enerjisi, fotosentez sonucu üretilen besinlerin kimyasal bağlarında kimyasal bağ enerjisine dönüştürülerek depolanır. Enerji ihtiyacı olduğunda fotosentez ile üretilen besinlerin kimyasal bağlarında depolanan enerji, besinlerin solunum olayında oksijen ile parçalanması sonucu açığa çıkar ve açığa çıkan bu enerji ATP enerjisine dönüştürülüp yaşamsal faaliyetlerde kullanılır. Güneş Enerjisi Klorofil ATP Enerjisi Fotosentez Solunum Organik Besinler Yaşamsal Faaliyetler 2 Fotosentez Olayı (Karbondioksit Özümlemesi) : Su, karbondioksit gazı, madensel tuzlar, enzim ve ışık kullanılarak bunlardan klorofil maddesi yardımıyla besin ve oksijen üretilmesi olayına fotosentez denir. Fotosentez olayında inorganik maddelerden organik maddeler üretilir. (Işık enerjisi ile inorganik maddelerden organik maddelerin üretilmesine fotosentez denir). Fotosentez olayı üretici canlılar olan yeşil bitkiler, bazı bakteriler (siyonabakteriler), mavi yeşil algler (su yosunları) ve öglenalar tarafından yapılır. Fotosentez olayı bitkinin yeşil renkli kısımlarındaki hücrelerde bulunan kloroplast denilen organellerde yapılır. (Bitkinin yeşil renkli olmayan çiçek ve meyvelerinde fotosentez gerçekleşmez). 2

3 Kloroplastlarda klorofil denilen madde bulunur. Klorofil maddesi bitkiye yeşil renk verir ve güneş enerjisinin emilerek hücrelerde kullanılacak olan kimyasal enerjiye (ATP enerjisine) dönüştürülmesini ve depolanmasını sağlar. Bu nedenle fotosentez olayı klorofil varlığında ve yeterli ışık enerjisi olduğunda gerçekleşir. Fotosentez olayı, prokaryat canlılarda sitoplâzmadaki klorofil moleküllerinin çok olduğu yerlerde, ökaryot canlılarda kloroplastlarda gerçekleşir. a) Fotosentez İçin Gerekli Maddelerin Elde Edilmesi : Fotosentez için gerekli olan su ve madensel tuzlar köklerdeki emici tüyler tarafından topraktan alınarak gövdedeki odun boruları ile yapraklara taşınır. Fotosentezde kullanılan CO 2 gazı yapraklardaki stoma denilen gözenekler sayesinde havadan alınır. Fotosentez için gerekli olan ve enzim denilen proteinler hücrenin kendisi tarafından üretilir. Fotosentez için gerekli olan klorofil maddesi, hücre tarafından C H O N Fe Mg elementleri kullanılarak üretilir. Fotosentezin gerçekleşmesi için enerji gereklidir ve bu enerji güneş enerjisinden sağlanır. Güneş enerjisi klorofil maddesi yardımıyla ATP enerjisine dönüştürülür ve ilk üretilen ATP enerjisi sayesinde fotosentez olayı başlar. (Fotosentezin gerçekleşmesi için her türlü görünen ışık kullanılabilir). b) Fotosentez Sonucu Üretilen Maddelerin Kullanılması : Fotosentez olayı sonucu besin (glikoz) ve oksijen üretilir. Fotosentez sonucu üretilen oksijen gazının kaynağı, kullanılan sudaki oksijen elementidir. Üretilen oksijenin bir kısmı bitkinin kendi solunumu için kullanılır, bir kısmı da stomalardan havaya verilir. Fotosentez sonucu üretilen glikozun kaynağı CO 2 gazındaki C ve O elementleri ile sudaki H elementidir. Üretilen glikozun bir kısmı bitkinin kendi yaşamsal faaliyetlerinde kullanılır, bir kısmı karbonhidrat (nişasta) olarak depolanır, bir kısmı da amino asit, yağ asidi, gliserin ve vitaminlerde dönüştürülür. Bu küçük moleküllü glikoz, amino asit, yağ asidi, gliserin kullanılarak organik besinler (karbonhidratlar, proteinler, yağlar) üretilir ve üretilen bu organik besinler depolanır. Depolanan bu organik besinler tüketiciler tarafından besin kaynağı olarak kullanılır. Fotosentez sonucu üretilen buğday, mısır, pirinç, arpa gibi bitkiler yeryüzündeki insanların besin ihtiyacının yaklaşık %60 ını karşılar. c) Fotosentez Olayının Denklemi : KLOROFİL Karbondioksit + Su + Işık Enerjisi Besin (Glikoz) + Oksijen ENZİM KLOROFİL 6 CO H 2 O + Işık Enerjisi C 6 H 12 O O 2 ENZİM 3 Fotosentez Hızını Etkileyen Faktörler: Fotosentez hızını; su miktarı, karbondioksit gazı yoğunluğu, enzim miktarı, madensel tuz miktarı, klorofil miktarı, vitamin miktarı, sıcaklık miktarı ile ışık enerjisinin şiddeti ve ışık enerjisinin miktarı etkiler. Fotosentez hızı, tüketilen CO 2, üretilen O 2 veya glikoz miktarına bakılarak ölçülür. Fotosentez hızını etkileyen faktörler, genetik (iç) faktörler ve çevresel (dış) faktörler olarak 2 ye ayrılır. Genetik (iç) faktörler, bitkinin kalıtımında bulunan faktörlerdir. Bunlar; klorofil miktarı, kütikula kalınlığı, stoma (gözenek) sayısı, stomanın bulunduğu yer, stomanın büyüklüğü ve stomanın sıklığı, hücre sitoplâzmasındaki su ve enzim miktarı, yaprakların dallara diziliş biçimi, yaprak ayasının sayısı ve genişliğidir. 3

4 Çevresel (dış) faktörler, bitkiye dışarıdan alınan faktörlerdir. Bunlar; karbondioksit gazı yoğunluğu, su miktarı, madensel tuz miktarı, sıcaklık miktarı, ışık enerjisinin şiddeti ve miktarıdır. a) Işık Enerjisinin Şiddeti (Dalga Boyu) ve Miktarı: Fotosentez sadece güneş ışığında gerçekleşmez. Fotosentezin gerçekleşebilmesi için gerekli enerjiyi verebilen bütün ışık kaynaklarında fotosentez gerçekleşebilir. Işık enerjisinin şiddeti ve miktarı arttıkça fotosentez hızlanır. Belli bir ışık değerinden sonra ışık enerjisinin şiddeti ve miktarı artsa bile fotosentez hızı artmaz, sabit kalır. Fotosentez, kırmızı ve mor ışıkta en hızlı, yeşil ışıkta en yavaş gerçekleşir. Bitki hangi ışığı daha fazla soğuruyorsa o ışıkta fotosentez daha hızlı olur. Kırmızı ve mor ışık fazla, yeşil ışık daha az soğrulduğu için kırmızı ve mor ışıkta fotosentez hızlı, yeşil ışıkta fotosentez yavaş olur. b) Su Miktarı : Fotosentezin gerçekleşebilmesi için su miktarının belli bir değerde olması gerekir. Suyun miktarının artması fotosentez hızlandırmaz. Fazla su terleme yoluyla stomalardan dışarı atılır. Su miktarı az olursa fotosentez hızı azalır. c) CO 2 Miktarı : CO 2 miktarı arttıkça fotosentez belli bir noktaya kadar hızlanır. Bu noktadan sonra CO 2 miktarı artsa bile fotosentez hızı değişmez, sabit kalır. d) Madensel Tuz Miktarı : Madensel tuzlar suda çözünmüş halde topraktan alınırlar. Madensel tuzlar klorofil ve enzimlerin çalışmasını sağlarlar ve bunların yapısına katılırlar. Madensel tuz miktarı arttıkça fotosentez hızlanır, belli bir değerden sonra madensel tuz miktarı artsa bile fotosentez hızı değişmez, sabit kalır. e) Klorofil Miktarı : Klorofil, ışık enerjisini soğurup kimyasal enerjiye çevirdiği için klorofil miktarının artması, fotosentez hızını belli bir noktaya kadar hızlandırır. Bu noktadan sonra klorofil miktarı artsa bile fotosentez hızı sabit kalır. f) Enzim Miktarı : Enzimler proteinlerden yapılmış maddelerdir. Enzimlerin görevi tepkime hızını yükseltmek ve yüksek enerjiyi düşürmek yani enerjinin kullanılmasını sağlamaktır. Enzim miktarının artması fotosentez hızını bir noktaya kadar arttırır, bu noktadan sonra enzim miktarı artsa bile fotosentez hızı sabit kalır. (+35 0 C ve 35 0 C sıcaklıkları arasında çalışırlar). g) Vitamin Miktarı : Vitaminler fotosentezde kullanılan enzimlerin yapısına katıldığı için miktarının artması enzimlerin miktarını etkileyeceği için fotosentez hızını da etkiler. h) Sıcaklık Miktarı : Enzimler sıcaklık arttığında daha hızlı çalıştığı için sıcaklık arttığında fotosentez de belli bir noktaya kadar hızlanır. ( C ye kadar). Sıcaklık değeri yükselince enzimlerin yapısı bozulacağı için fotosentez hızı azalır ve belli bir sıcaklık değerinde fotosentez hızı sıfır olur. Fotosentez hızının sıfır olması demek, bitkide yaşamsal faaliyetlerin durması demektir. 4

5 Fotosentez Hızı Fotosentez Hızı Işık Enerjisinin Miktarı Klorofil Miktarı Enzim Miktarı CO 2 Miktarı Madensel Tuz Miktarı Işık Şiddeti (Işığın Rengi) Mor Lacivert Mavi Yeşil Sarı Turuncu Kırmızı Fotosentez Hızı C Sıcaklık Miktarı 4 Fotosentezin Canlılar İçin Önemi : 1 Fotosentez olayı sayesinde doğadaki oksijen ve karbondioksit dengesi sağlanır. 2 Fotosentez olayında üretilen besin maddeleri diğer canlıların (tüketicilerin) yaşamını sürdürmesi için gereklidir. 3 Fotosentez olayı sayesinde güneş enerjisi diğer canlıların kullanabileceği hale getirilir. 4 Tekstilde kullanılan pamuk, inşaatlarda, mobilyacılıkta, kağıt üretiminde kullanılan ağaç, sıvı yağlar, mumlar, ilaç hammaddeleri ve baharatlar fotosentez sonucu elde edilen ürünlerdir. 5 Enerji üretmek için kullanılan doğal gaz, petrol ve kömür gibi fosil yakıtların kaynağı geçmişte fotosentez yapan canlılar tarafından tutulan güneş enerjisidir. 6 Fotosentezde karbondioksitin kullanılması, atmosferdeki karbondioksit oranını ve sera etkisini azaltır. NOT : 1 Bitkide fotosentezin gerçekleşip gerçekleşmediğinin anlaşılması için iyot çözeltisi kullanılır. İyot nişastanın ayıracıdır ve nişastayı mavi mor renge boyar. Yapraklara iyot çözeltisi damlatıldığında yapraklar mavi mor renge boyanıyorsa bitkide fotosentez sonucu glikoz üretilmiş ve nişastaya dönüştürülmüştür. Yaprakların mavi mor renge boyanması için klorofilin uzaklaştırılması gerekir. 2 Bitkiler hiçbir zaman bulundukları ortamdan organik besin alamaz, inorganik besin alabilir. 3 Fotosentez sonucu besin üretildiği için, fotosentez olayı bitki ağırlığının artmasına yani bitkide madde miktarının artmasına yol açar. 4 Fotosentez sonucu üretilen glikoz; amino asit, yağ asidi, gliserin ve vitamine dönüşebilir veya fotosentez olayında glikoz yerine yağ asidi, gliserin, amino asit vitamini gibi organik maddelerde üretilebilir. Bunlardan üretilen karbonhidrat, 5

6 protein ve yağ gibi besinler de bitkinin kök, gövde, yaprak, tohum, meyve gibi kısımlarında depolanır. 5 Maddeler üzerine düşen ışığın bir kısmını soğurur, bir kısmını da yansıtır. Maddeler hangi renkte ışığı yansıtıyorsa o renkte görünürler. Canlılarda bulunan pigmentler ışığı soğuran maddelerdir. Bazı pigmentler güneş ışığındaki bütün renkleri soğurur ya da yansıtırken bazı pigmentlerde bazı renkleri soğurur ve diğerlerini yansıtırlar. 6 Bitki, görünen ışıklardan yeşil ışığı yansıtıp diğer ışıkları soğurduğu için bitki yeşil renkli görünür. Bitki yeşil ışığı yansıttığı için yeşil ışıkta fotosentez yavaş olur. 7 Fotosentez hızı kullanılan madde miktarına göre artar. Kullanılan maddelerden biri az diğerleri fazla olursa fotosentez miktarı az olana göre gerçekleşir. 8 Fotosentez sonucu bitkide fazla miktarda madde birikmişse fotosentez hızı azalır. Fotosentez sonucu üretilen madde miktarı da bu nedenle fotosentez hızını etkiler. 9 Işık enerjisi, inorganik maddelerdeki kimyasal bağları koparıp tekrar birbirlerine bağlanmasını ve organik madde üretilmesini sağlar. Bu nedenle fotosentez olayında inorganik maddelerden organik maddelerin üretilebilmesi için ışık enerjisi gerekir. 10 Fotosentez, sadece güneş ışığında değil, diğer ışık kaynakların elde edilen ışıkta da gerçekleşebilir. Diğer ışık kaynaklarında fotosentezin gerçekleşebilmesi için, fotosentezin başlaması için gerekli eşik enerjisinin (fotosentezin başlaması için en az enerjinin) karşılanması gerekir. Bu da maliyeti arttırır. 11 Gündüz ışıklı ortamda fotosentez yapan canlılar, ışıklı ortamda solunum sonucu açığa çıkardıkları karbondioksit gazını kullanarak fotosentez yaparlar. Fotosentez hızı artarsa dışarıdan karbondioksit gazı alırlar. 12 Fotosentez hızının ışık şiddetine bağlı olduğu ENGELMAN DENEYİ ile açıklanır. Engelman Deneyi: İçinde yeşil alg bulunan ortama solunum yapan bakteriler konmuş ve bu ortama beyaz ışığın spektrumu gönderilmiştir. Bakterilerin, kırmızı ve mor ışığın düştüğü ortamda sayıca arttığı gözlenmiştir. Bunun nedeni ise kırmızı ve mor ışığın düştüğü ortamlarda fotosentezin hızlı olmasıdır. 13 Güneş ışığının ancak belli dalga boylarındaki ışınları görülebilir. Dalga boyu mordan küçük olanlar ile dalga boyu kırmızıdan küçük olanlar görülemez. 14 Bitkilerin, otların ve alglerin kloroplast bulunan bölgelerinde fotosentez gerçekleşir. 15 Ormanları oluşturan bitkiler de fotosentez yapar. Bu süreç sonunda atmosferden karbon dioksit alıp oksijen verir. Böylece ormanlar fotosentez sonucu solunum için gerekli olan oksijeni de oluşturur. 16 Bitkiler besinlerini topraktan almış olsalardı bitkilerin bulunduğu toprağın kütlesinin zamanla azalması gerekirdi. Bitkiler sadece fotosentez için gerekli mineralleri topraktan alırlar. 17 Fotosentez sadece bir gaz değişimi değildir. Fotosentez sonucu besin de üretilir. 6