Fotosentez
FOTOSENTEZ Işık enerjisinin kullanılarak organik bileşiklerin üretilmesidir. Yeşil yapraklı bitkilerin inorganik maddelerden (H 2 O, CO 2 ), ışık enerjisi ve klorofil yardımı ile organik besin üretmeleridir. Genel Denklemi: 6 CO 2 + 6 H 2 O IŞIK KLOROFİL C 6 H 12 O 6 + 6 O 2 Glikoz Fotosentez yapan canlılar: - Bitkiler - Mavi yeşil algler - Bazı bakteriler - Bazı protistalar
6 CO 2 + 6H 2 O + Işık enerjisi C 6 H 12 O 6 + 6 O 2 Fotosentez sonucu oluşan besin (Glikoz) diğer organik maddelere dönüştürülür. Fotosentez de sadece besin değil oksijende oluşarak atmos fere verilir.
Uzun yıllar fotosentezde meydana gelen oksijenin kaynağının karbondioksit olduğu sanılmaktaydı. Ancak oksijenin bir izotopu olan ağır oksijen O 18 ile yapılan çalışmalarda bu kaynağın karbondioksit değil su olduğu görülmüştür. Sudaki hidrojen atomları üretilen glikoz ve açığa çıkan suyun yapısına katılır. Karbondioksitteki oksijen atomu hem sentezlenen glikoz hem de açığa çıkan suyun yapısına katılır. Karbondioksitteki karbon atomu ise glikozun yapısına katılır.
Bitkiler ve diğer ototroflar biyosferin üreticileridir. Bir organizma, enerji ve karbon iskeleti için kullandığı organik bileşikleri ya ototrofik ya da heterotrofik olmak üzere iki yoldan biriyle kazanır. Ototroflar (kendi beslektirler), o 2 den ve ortamdan bulunan inorganik maddelerden organik madde sentezi yaparlar. Heterotroflar (tüketiciler), diğer organizmalar tarfından sentezlenen organik maddeleri kullanırlar.
Fotosentezin yapıldığı yer Fotosentez kloroplastlarda gerçekleşir. Bir bitki hücresinde yaklaşık 30-40 kloroplast vardır. Kloroplastlar stroma ve grana adı verilen iki kısımdan oluşmuştur. Granada fotosentezin ışık reaksiyonları stromada ise enzimatik reaksiyonlar gerçekleşir.
Klorofiller ve Fotosentez Yeşil renkli pigmentler olup, fotosentez olayında temel rolü üstlenmişlerdir. Klorofilin değişik çeşitleri olup en önemlileri klorofil a ve Klorofil b dir. İki farklı molekül farklı spektrumdaki ışıkları emerler. Fotosentez hızı ölçüldüğünde, maksimum fotosentezin klorofilin maksimum absorbsiyon yaptığı bölgeye düşer. Klorofil a ( C55 H72 O5 N4 Mg ) Klorofil b ( C55 H 70 O6 N4 Mg )
Klorofil a ve b belli ışık emme özelliği gösterirler. Karotinoidler bitkilerde yaygın olarak bulunan kırmızı, sarı, kahverengi renkte lipit bileşiklerdir. Klorofil ve karotinoidler kloroplastlarda aynı proteine bağlanıp fotosintin adı verilen bir bileşiği oluştururlar. Karotinoidler fotosentez için önemli belli dalga boylarındaki ışık enerjisini absorbe ederek klorofile aktarması böylece fotosenteze yardım etmesidir.
Fotosentez, ışık reaksiyonları ve calvin devri reaksiyonlarından oluşur. Işık enerjisiyle ATP ve NADPH molekülleri sentezlenir. Kalvin devrinde ATP ler endotermik reaksiyonun enerji ihtiyacını NADPH ise Glikoz sentezi için Hidrojen ihtiyacını karşılar.
FOTOSENTEZ EVRELERİ H 2 O IŞIK IŞIK IŞIK REAKSİYONLARI EVRESİ 3 ATP + 2 NADPH 2 sentezlenir (Granalarda) ATMOSFERE VERİLİR O 2 KARBON TUTMA REAKSİYONLARI EVRESİ (Karanlık Evre) 3 ATP + 2 NADPH2 harcanır (Stromada) CO 2 C 6 H 12 O 6 GLİKOZ
Fotosistem merkezleri birkaç yüz klorofil a,b ve karotinoidler den meydana gelen anten kompleksleridir. Bir foton klorofil molekülüne çarptığında fotonun enerjisiyle elektron daha yüksek enerjili bir düzeye çıkar, bu elektron tekrar eski kararlı durumuna dönerken aldığı kadar bir enerjiyi çevreye ısı ve floresans ışık şeklinde etrafa yansıtır. Fotosistem Merkezleri Fotosistem merkezlerinde ise, uyarılmış elektronlar elektron taşıyıcı sistemlere aktarılarak elektronların tekrar eski durumlarına aniden dönmelerine izin verilmeyerek ATP ve NADPH yapımı sağlanır.
Tilakoit zarlarda iki çeşit fotosistem merkezleri vardır. Fotosistem 1, P700 olarak bilinir ve 700 nm ve daha uzun dalga boyundaki ışıkları absorbe eder. Fotosistem 2, ise 680 nm boyundaki ışığı absorbe ettiğinden P680 olarak bilinir. Fotosistem merkezlerinde Devirsel ve devirsel olmayan İki tip elektron taşınımı vardır.
1-Devirsel elektron akışı Fotosistem 1 den kopan elektronlar tekrar eski durumlarına dönmesi olayı devirseldir. Sadece ATP yapımı gerçekleşir. Bakterilerde yoğun bir şekilde gerçekleşir. Yüksek yapılı bitkilerde ise devirsel fotofosforilasyon daha az oranda gerçekleşir.
1-Devirsel elektron akışı Fotosistem 1 den kopan elektronlar tekrar eski durumlarına dönmesi olayı devirseldir. Sadece ATP yapımı gerçekleşir. Bakterilerde yoğun bir şekilde gerçekleşir. Yüksek yapılı bitkilerde ise devirsel fotofosforilasyon daha az oranda gerçekleşir.
1. Devirsel Fotofosforilasyon ışık e - ferrodoksin e - ADP+P ATP Klorofil-a Plastokinon ADP+P e - e - ATP sitokromlar Sonuç: 2 ATP
Devirsel Fotofosforilasyon Işık enerjisi yardımı ile ATP sentezlenmesi olayına Fotofosforilasyon denir. Işık enerjisini soğurmuş olan klorofil-a yüksek enerjili bir elektronu ferrodoksine aktarır. Klorofil-a yükseltgenir, ferrodoksin indirgenir. Elektronlar daha sonra sırası ile plastokinon ve stokromlar tarafından tutularak, klorofil molekülüne geri dönerler. Bu geri dönüş sırasında elektronların serbest kalan enerjisinden yararlanılarak ADP molekülüne fosfat grubu eklenir ve ATP üretilir.
2-Devirsel olmayan elektron akışı Fotosistem 2 den kopan elektron, elektron taşıma zinciri ile fotosistem 1 e ulaşır bu sırada ATP yapılır. Fotosistem 2 nin elektron ihtiyacı su dan sağlanır. Fotosistem 1 den kopan elektronlar NADPH sentezi için kullanılır. H 2 O P680 Fotosistem 2 P700 Fotosistem 1 NADPH
2. Devirsel olmayan Fotofosforilasyon 2NADP ışık Klorofil-a e - ferrodoksin fotoliz 4H2O e - 2NADPH2 4H + + 4OH - 4OH 2H2O +O2 e - e - ADP+P sitokromlar e - Plastokinon e - Klorofil-b ATP ışık
2. Devirsel olmayan Fotofosforilasyon Işık enerjisinin soğurulmasıyla yüksek enerjili elektronlar klorofil-a dan ayrılır ve ferrdoksin tarafından tutulur. İndirgenen ferrodoksin NADP koenzimi tarafından yükseltgenir. Elektron kazanan NADP suyun fotolizi ile açığa çıkan H protonu alarak NADPH2 haline geçer. Klorofil-a dan ayrılan elektronlar tekrar geri dönmediğinden devirsiz fosforilasyon adını alır.
Işık reaksiyonları sonucu gerçekleşen elektron akışı sayesinde H iyonları Tilakoit boşluklarda birikir. H iyonları iç bölgeden stromaya ATP sentaz molekülü sayesinde aktarılırken ATP sentezi gerçekleşmiş olur. Bir molekül CO 2 için 2 molekül NADPH ve 3 molekül ATP ye ihtiyaç vardır.
Calvin Devri Bütün fotosentetik organizmalar tarafından karbondioksit karbonunun karbonhidratlara aktarılması olayıdır. Bu safhada, elektron taşınım safhasında oluşan ATP ve NADPH kullanılarak karbondioksit karbonhidratlara dönüştürülür.
2. CO 2 nin Kullanılma Reaksiyonları Bu safhada CO 2 gereklidir. Ayrıca bu safha hararete karşı hassastır. Bu devre reaksiyonları kloroplastların stroma kısımlarında cereyan eder.
Fotosentezin bu safhası Calvin-Benson Çemberi ile özetlenmeye çalışılmıştır. Bu reaksiyon 4 aşamada tamamlanır.
a) CO 2 ribulozdifosfat a bağlanır. Bundan 3 karbonlu 2 molekül PGAsit hasıl olur.
b) Işık safhasında sentezlenen NADPH 2 lerin H leri ile ATP lerin Fosfat gruplarının katılımı ile 2 molekül 3 karbonlu PGAldehit oluşur.
c) 3karbonlu PGAldehitin bir kısmı sakkaroz, nişasta, pektin vs. oluşur. Diğer kısmı sedoheptuloz-7 fosfat ile birleşerek ribozfosfat ve ksilozfosfat ı oluşturur. Bu ikisinden de ribulozfosfat(5c) meydana gelir.
d) Ribulozfosfat(5C) ın yapısına ATP katılmasıyla Ribulozdifosfat hasıl olur.
Fotosentez Hızına Etki Eden Faktörler 1) CO 2 Yoğunluğu: Belli bir orana kadar fotosentezi hızlandırır. Sonra fotosentez hızı sabitlenir. 2) Işık Şiddeti: Belli bir orana kadar fotosentezi hızlandırır. Işığın etkisi gölge ve güneş bitkilerinde farklı etki yapabilir. 3) Sıcaklık: Fotosentez için gerekli optimum sıcaklık 20-30 0 C dir. 4) Mineraller: Özellikle Fe, Mn ve Mg azlığı klorofil eksikliğine sebep olacağından fotosentez hızını düşürür. 5) Stoma ve kloroplast sayısı: Fotosentez hızı bu ikisi ile doğru orantılıdır.
K E M O S E N T E Z Kemosentez nedir? Kemosentez çeşitleri nelerdir? Kemosentezi hangi canlılar yapar? Azot bakterilerinin önemi nedir? Kemosentezin sonucunda ne olur? Kemosentezle fotosentez arasındaki farklar ve benzerlikler nelerdir?
Hatırlayalım! Fotosentezde, yeşil pigmentli klorofile sahip canlılar, ham madde olarak H 2 O (su) ve CO 2 (karbondioksit) ya da H 2 O yerine H 2 S veya sadece H 2 kullanmak suretiyle organik madde sentez ederler. Fotosentez, enerjiye ihtiyaç gösteren bir olaydır. Bu iş için, klorofil tarafından absorbe edilen güneş ışığının enerjisi harcanmaktadır.
Peki kemosentez nedir? Bazı bakteriler organik maddeleri oksitleyerek enerji kazanırlar.bu enerjiyi H 2 O ve CO 2 nin birleştirilmesinde kullanarak kendisine lazım olan organik besinleri yaparlar. İşte bu şekilde kimyasal enerjiden faydalanarak organik besinler yapılmasına kemosentez denir.
Kemosentezi hangi canlılar Demir bakterileri yapar? Sülfür bakterileri Hidrojen bakterileri Azot bakterileri kemosentez yapan canlılardır.
Kemosentez çeşitleri nelerdir? 1. Demir bakterileri: FeCO 3 ı oksitleyerek enerji sağlarlar. Bu enerjiyle de karbonhidrat,yağ ve protein gibi maddeler sentezlerler. FeCO 3 + O 2 + H 2 O Fe(OH) 3 + CO 2 +ENERJİ
2. Sülfür bakterileri: H 2 S yi oksitler ve çıkan kimyasal enerjiyle de kendilerine glikoz sentezlerler. H 2 S + 3/2 H 2 H 2 O + SO 2 + ENERJİ
3. Hidrojen bakterileri: H 2 yi oksitleyerek enerji sağlarlar. H 2 + O 2 H 2 O + 68 Kal (ENERJİ)
4. Azot bakterileri: N bileşiklerini oksitlerler. Nitrosomanos 2 NH 3 + 3O 2 2 HNO 2 + 2 H 2 O + 158 Kal (enerji) Nitrit asit (nitritleşme) Nitrosococus 2 HNO 2 + O 2 2 HNO 3 + 43 Kal (enerji)
Azot bakterilerinin önemi nedir? Azot,bitkiler için çok önemli bir element olmasına karşı topraktaki azot bitkisel ve hayvansal organik artıkların çürümesinden meydana gelmiş amonyak halinde bulunmaktadır.bitkiler bu haldeki azottan faydalanamazlar. Azotun bitkilerin faydalanabileceği hale gelmesi için amonyağın nitrat ve nitrit tuzları haline gelmesi gerekir. Önce nitrit bakterileri amonyağı(nh 3 ) oksitleyerek nitrik asit(hno 2 ) haline getirir ve kendisi için gerekli olan enerjiyi kazanır.bu enerjiyi de kendilerine lazım olan organik madde yapımında kullanırlar. Nitrik asit haline gelen bileşikler daha sonra nitrat bakterileri tarafından tekrar oksitlenerek nitrat asidine(hno 3 ) çevrilir. Burada meydana gelen enerji nitrat bakterileri tarafından organik besin maddeleri yapımında kullanılır. İki safhada sonuçlanan bu olaya nitrifikasyon denir.
Azot döngüsü
Kemosentezin sonucunda ne olur? Bazı zararlı maddeler ortadan kaldırılmış, Bitkilerin alabileceği tuzlar oluşturulmuş, Kimyasal enerji kazanılmış, Organik besin sentezlenmiş olmaktadır.
Kemosentezle fotosentez arasındaki farklar ve benzerlikler nelerdir? Kemosentez ve fotosentezin benzerlikleri İnorganik maddelerden organik madde sentezlenir. Karbondioksit tüketilir. ATP sentezlenir. Enzimatik reaksiyonlarla gerçekleşir.
Kemosentez ve fotosentezin farklılıkları KEMOSENTEZ Organik madde sentezinde kimyasal enerji kullanılır. Klorofile gerek yoktur. Besin sentezi hem ışıklı hem de karanlık ortamda gerçekleşebilir FOTOSENTEZ Organik madde sentezinde ışık enerjisi kullanılır. Klorofil gereklidir. Besin sentezi sadece ışıklı ortamda gerçekleşir.
SORULAR
1)
2)
3)
4)
5)
6)
7)
8)
9)
10)
11)
12)
13)
14)
15)
17)
18)
19)
20)
21)
22)
23)
24)
25)
26)
27)
28)
29)
30)