FOTOSENTEZ. 1. Fotosentez, güneş enerjisini, besin içindeki saklı kimyasal bağ enerjisine çeviren olaydır.

Transkript

1 1 FOTOSENTEZ *Fotosentez: Klorofilli canlıların, ışık enerjisini kullanarak; inorganik maddelerden organik besin sentezlemesine fotosentez denir. 1. Fotosentez, güneş enerjisini, besin içindeki saklı kimyasal bağ enerjisine çeviren olaydır. 2.Fotosentez sonucu oluşan besin ve oksijeni insanlar, hayvanlar ve diğer klorofil taşımayan canlılar kullanır. 3.Fotosentez aynı zamanda atmosferdeki gaz oranlarının korunması açısından da ayrı bir önem taşır. 4.Fotosentezi gerçekleştiren canlılar Yeşil bitkiler, mavi-yeşil algler, Fotosentetik bakteriler, (mor bakteriler), Öglena ve diğer alglerdir. Bitkiler sayesinde kullanılabilir biçime dönüşen ışık enerjisi, kimyasal bağ enerjisi şeklinde besin zinciri yoluyla Heterotrof canlılara aktarılır. Fotosentez hem bir enerji dönüşümü, hem de madde dönüşümüdür. Atmosferdeki oksijenin temel kaynağı alglerdir. Yaz-kış sürekli fotosentez yaparlar. Bitkilerin çoğu kışın yapraklarını döker. Mantarlar ile bitkilerin klorofil taşımayan kök ve odunsu gövde kısımları fotosentez yapamazlar. Bitkilerin yaprak ve otsu gövdelerinde fotosentez olayı en iyi şekilde gerçekleşir. Bütün canlılar için en önemli olan fotosentez çeşidi oksijen açığa çıkaran fotosentezdir. Bu da yeşil bitkiler ve algler tarafından gerçekleştirilir. Dünyada yaşayan her canlı varlık besin ve oksijen için fotosenteze bağımlıdır. Fotosentez aynı zamanda atmosferdeki gaz oranlarının korunması açısından da önem taşır.

2 2 Her 200 senede bir, atmosferdeki her bir CO 2 molekülü bir bitkiye girmekte ve her 2000 senede bir, atmosferdeki oksijen bitkiler tarafından yenilenmektedir. IŞIK ENERJİSİ Işık, elektromanyetik dalgalar halinde yayılan bir ışınımdır. Işık saydam cisimlerin içinden geçer ancak katı cisimlere çarpar ve yansıyabilir. Açık renkli yüzeyler ışığın çoğunu yansıtırken, koyu renkli yüzeyler ışığın çoğunu soğurarak (emerek), azını yansıtırlar. Doğada gördüğümüz ya da göremediğimiz farklı dalga boylarına sahip ışınlar vardır. Işığın dalga boyuna göre sıralanması ve dağılımına elektromanyetik spektrum (tayf) denir. Bu sıralamada gama ve kozmik ışınlar gibi kısa dalga boylu olanlardan, radyo dalgaları gibi uzun dalga boylu olanlarına kadar çeşitli dalga boyları bulunur. Spektrumda, insan tarafından görülebilen ışığın dalga boyları 3900 A ve 7600 A arasında değişir. Görebildiğimiz ışık bandı mor, mavi, yeşil, sarı, turuncu ve kırmızı ışıktan oluşur. En uzun dalga boylu olan kırmızı, en kısa dalga boylu olan ise mordur. Kısa dalga boylu olan ışınlar daha fazla enerjiye sahiptir.

3 3 *Fotosentez: Klorofilli canlıların, ışık enerjisini kullanarak; inorganik maddelerden organik besin sentezlemesine fotosentez denir. Fotosentezi gerçekleştiren canlılar Yeşil bitkiler, mavi-yeşil algler, Fotosentetik bakteriler, (mor bakteriler), Öglena ve diğer alglerdir. Bazı bakteriler, fotosentezde hidrojen ve elektron kaynağı olarak; H 2 O yerine H 2 S molekülünü kullanırlar. Bu bakteriler O 2 gazı açığa çıkarmazlar. Bunun yerine S 2 gazı açığa çıkarırlar. Bazı bakteriler de H 2 O yerine H 2 molekülünü kullanırlar. Bu bakteriler ise yan ürün olarak herhangi bir gaz açığa çıkarmazlar. Bitki fotosentezi ile bakteri fotosentezi arasındaki ortak özellikler -Klorofil -CO2 kullanımı -Işık -Organik madde sentezi

4 4 Fotosentez reaksiyonlarında klorofil molekülü kullanılır. Klorofil, bitkilere yeşil rengini verir. Klorofilin yapısında: C, H, O, N ve Mg atomları bulunur. Klorofilin sentezlenebilmesi için ara tepkimelerde demir (Fe) iyonları gereklidir. Bakterilerde ve arkelerde klorofil molekülü sitoplazmada bulunur. Bitkilerde, öglenada ve alglerde ise klorofil molekülü kloroplast organelinde bulunur. Kloroplastın yapısı: Fotosentez reaksiyonları; 1- Işık Reaksiyonları 2- Karanlık Reaksiyonları olmak üzere iki aşamada gerçekleşir. Işık reaksiyonları kloroplastın Granasında gerçekleşir. karanlık reaksiyonlar Stromasında gerçekleşir.

5 5 1- Işık Reaksiyonları: Işık reaksiyonların gerçekleşmesi için ışık doğrudan gereklidir. Bu reaksiyonlarının temel amacı: ATP ve NADPH2 üretmektir. Işık reaksiyonlarında klorofil, hem elektron vericisi hem de elektron alıcısı olarak görev alır. Çok koenzimler kullanıldığından; sıcaklık değişimlerinden çok fazla etkilenmez. Işık reaksiyonları; 1- Devirsiz Fotofosforilasyon 2- Devirli Fotofosforilasyon olmak üzere iki aşamada gerçekleşir.

6 6 Devirsiz fotofosforilasyon: Bu reaksiyonlarda; klorofilden ayrılan elektronlar, aynı klorofile tekrar geri dönmez. Bu reaksiyonların merkezinde, klorofil-a molekülün bulunduğu; iki farklı fotosistem görev yapar. Bunlar; fotosistem 680 ve fotosistem 700' dür. Fotosistem 680' de bulunan klorofil, ışık enerjisinin etkisiyle 4 elektron fırlatır.

7 7 Klorofil den ayrılan elektronlar, ilk elektron alıcısı tarafından yakalanır ve fotosistem 700' e doğru aktarılır. Elektronlar ETS' de, sitokromdan-plastosiyanine aktarılırken; 2 ATP sentezlenir. 2 mol suyun fotolizi gerçekleşir. Suyun fotolizi sonucunda; 4 hidrojen iyonu, 4 elektron ve 1 O2 gazı açığa çıkar. Açığa çıkan 4 elektron, fotosistem 680' de bulunan klorofile doğru aktarılır. Böylece fotosistem 680' de bulunan klorofilin kaybettiği elektronlar, sudan karşılanmış olur. Fotosistem 700' de bulunan klorofil, ışık enerjisinin etkisiyle 4 elektron fırlatır. Klorofil den ayrılan elektronlar, ferrodoksinden geçerek; 2NADP molekülüne aktarılır. Suyun fotolizi sonucu açığa çıkan 4 H + iyonu, 2NADP tarafından yakalanır ve 2NADPH2 oluşur. Böylece devirsiz foto fosforilasyonda: 2 ATP, 2 NADPH2 sentezlenir ve O2 gazı açığa çıkar. Devirli fotofosforilasyon:

8 8 Bu reaksiyonlarda; klorofilden ayrılan elektronlar, aynı klorofile tekrar geri döner. Bu reaksiyonların merkezinde, klorofil-a molekülün bulunduğu fotosistem 700 görev alır. Fotosistem 700' de bulunan klorofil, ışık enerjisinin etkisiyle elektron fırlatır. Klorofilden ayrılan elektron, ilk elektron alıcısı tarafından yakalanır ve ferrodoksine doğru gönderilir. Elektron sırasıyla; plastokinon, sitokrom ve plastosiyaninden geçerek aynı klorofile geri döner. Elektron ETS' de, sitokromdan-plastosiyanine aktarılırken, ATP sentezi gerçekleşir. Böylece devirli foto fosforilasyonda, 1 ATP sentezlenmiş olur.

9 9 ***Karanlık reaksiyonlar ( Calvin çemberi Döngüsü ): Bu reaksiyonlarının gerçekleşmesi için, ışık doğrudan gerekli değildir. Bu reaksiyonlar, enzimler kontrolünde gerçekleştiğinden; sıcaklık değişimlerinden çok etkilenir. 5C lu riboloz difosfat, atmosferin CO2 sini yakalar ve 6C lu kararsız ara bileşik oluşur. Kararsız ara bileşik, 2 mol fosfogliserik aside (PGA) parçalanır. 2 ATP kullanılarak; 2 PGA molekülü, 2 mol difosfogliserikaside (DPGA) dönüşür. 2NADPH2 nin hidrojenleri kullanılarak; 2DPGA molekülü, 2 mol fosfogliser aldehite (PGAL) dönüşür. 2 PGAL molekülü, bileşerek früktoz difosfat bileşiğini oluşturur. Früktoz difosfat, fosfat gruplarını kaybeder ve glikoza dönüşür. İkinci bir CO2 molekülü bağlamak için, kullanılan riboloz di fosfat molekülünün tekrar sentezlenmesi gerekir. Bunun için, üretilen PGAL moleküllerinin bir kısmı kullanılarak; riboloz mono fosfat sentezlenir. 1 ATP kullanılak; riboloz monofosfat, riboloz di fosfat bileşiğine dönüşür.

10 10 Not: 1 mol CO2 nin bağlanması için, 3 ATP ve 2 NADPH2 gereklidir. 1 mol glikozun sentezlenmesi için; 3 ATP x 6 = 18 ATP 2 NADPH2 x 6 = 12 NADPH2 gereklidir. 1 mol glikozun sentezlenmesi için, ışık ve karanlık reaksiyonların 6 kez tekrarlanması gerekir. Karanlık reaksiyonların, 6 kez tekrarlanması sonucunda 12 PGAL üretilir. Bunlardan; 2 PGAL glikoz sentezinde kullanılır. 10 PGAL ise riboloz di fosfat sentezinde kullanılır. Fotosentezin ışık reaksiyonlarında,12 H2O harcanır. Karanlık reaksiyonlarda ise 6 H2O açığa çıkar. Bu nedenle fotosentez için 6 net H2O gereklidir. Not: Karanlık reaksiyonlarda sadece glikoz üretilmez. Aynı zamanda; vitamin ve diğer organik bileşiklerin monomerleri de üretilir.

11 11 -Atmosferden CO 2 tutulmasını Ribulazdifosfat sağlar. -Bir molekül glikozun oluşabilmesi için 6CO 2, 18ATP ve 12NADH 2 kullanılır. 12PGAL oluşur. Bunun 2 molekülü Fruktoz difosfatı oluşturur. 10 molekül PGAL ise 6 tane 5 C lu Ribuloz fosfatı meydana getirir. -Bir glikoz molekülünün sentezlenebilmesi için 6CO 2 molekülünün indirgenmesi gerekir. Bunun içinde ışıklı devreden 18 ATP ve 12 NADPH 2 nin gelmesi gerekir. -Glikozun karbon kaynağı CO 2, hidrojen kaynağı ise NADPH 2 dir.

12 12 *Fotosentezde kemiosmotik hipotez: Fotosentezde ışık reaksiyonları gerçekleşirken; elektronların tillakoid zarlardan geçişi sırasında, stromadaki H + iyonları, tillakoid zarlar arasındaki boşluğa doğru pompalanır. Aynı zamanda, suyun fotolizi sonucu oluşan H + iyonları da, tillakoid zar arasındaki boşlukta biriktirilir. Tillakoid boşluktaki H + iyonlarının miktarının artması sonucunda, tillakoid zarının iç kısmı pozitif (+), dış kısmı ise negatif (-) yüklenir. Böylece zarın, iç ile dış kısmı arasında; osmotik, elektrostatik ve ph potansiyel farkı oluşur. Bu potansiyel fark, ATP sentezinde görev alan bir pil gibi görev yapar. Tillakoid boşlukta bulunan H + iyonları, özel proteinler ile stroma sıvısına tekrar geri gönderilir. H + iyonlarının stroma sıvısına geçişi sırasında, ATP sentaz enzimin yardımıyla ATP sentezlenir.

13 13 *Fotosentezde işaretli moleküllerin izlediği yol: Fotosentezde, karbon ve oksijeni işaretli CO2 ile normal hidrojen ve oksijen taşıyan H2O kullanıldığında; bu atomların, hangi moleküllerin yapısına katıldığını gözlemleyebiliriz. İşaretli CO2 nin, karbon ve oksijeni, glikozun (C6H12O6) yapısına katılır. Normal atom taşıyan H2O nun hidrojenleri, glikozun yapısına katılır. Oksijeni ise O2 gazı olarak serbest kalır. Not: İşaretli karbon, ağır karbon atomunu ifade eder. İşaretli oksijen, ağır oksijen atomunu ifade eder. Normal hidrojen, hafif hidrojen atomunu ifade eder. Normal oksijen, hafif oksijen atomunu ifade eder.