FOTOSENTEZ
Fotosentez ile her yıl 160 milyar ton karbonhidrat üretilir. Güneş enerjisi dünyadaki yaşam enerjisi kaynağıdır.
Fotosentez Kloroplastlar, 150 milyon km uzaktan, güneşten gelen ışık enerjisini yakalar ve onu şeker ve diğer organik moleküllerde depolanan kimyasal enerjiye dönüştürür. Bu dönüştürme işlemine FOTOSENTEZ denir. Fotosentez ya doğrudan ya da dolaylı olarak tüm canlıları besler.
Fotosentez yapan canlılar (Fotoototroflar); Bitkiler Çok hücreli algler Tek hücreli protistalar Siyanobakteriler Mor kükürt bakterileri
6CO 2 + 12H 2 O à C 6 H 12 O 6 + 6O 2 Fotosentez sonucu oluşan moleküler oksijen CO 2 den değil suyun parçalanmasından meydana gelmiştir. Su yerine hidrojen sülfür kullanan bakterilerde kükürt açığa çıkması oksijenin kaynağının su olduğunu göstermiştir. CO 2 + 2H 2 S à CH 2 O + H 2 O + 2S
Fotosentez aşamaları IŞIK REAKSİYONLARI -Güneş enerjisinin yakalanarak kimyasal enerjiye dönüştürüldüğü aşamadır. -Kloroplast tilakoidlerinde CALVİN DÖNGÜSÜ -Kimyasal enerjinin, besindeki organik moleküllerin yapımında kullanıldığı aşama -Stromada oluşur.
Fotosentez ışık reaksiyonları ve calvin döngüsü (sentez evresi) reaksiyonlarından oluşur. Işık enerjisiyle hareketlenen elektronlar NADP tarafından yakalanır. Ayrıca ATP sentezlenir. Calvin döngüsünde ATP ler endotermik reaksiyonun enerji ihtiyacını, NADPH ise Glikoz sentezi için Hidrojen ihtiyacını karşılar.
Işık elektromanyetik bir enerji çeşididir. Hayat için önemli olan ve gözle görülebilen ışık dar bir aralığa sahiptir. Işığın dalga boyu kısaldıkça enerjisi artar, dalga boyu uzadıkça enerjisi azalır. Işık foton adı verilen belli bir enerjiye sahip parçacıklardan oluşur.
KLOROPLASTLAR Kloroplastlar güneş enerjisi ile çalışan kimya fabrikalarıdır. Fotosentez kloroplastlarda gerçekleşir. Bir bitki mezofil hücresinde yaklaşık 30-40 kloroplast vardır. Kloroplastlar stroma ve grana adı verilen iki kısımdan oluşmuştur. Granada fotosentezin ışık reaksiyonları, stromada ise enzimatik reaksiyonlar gerçekleşir.
Klorofilin değişik çeşitleri olup en önemlileri klorofil a ve klorofil b dir. İki farklı molekül farklı spektrumdaki ışıkları emer ve eriyebilme ortamları farklıdır. Klorofil a da bir oksijen atomu Klr b ye göre eksik, 2 hidrojen atomu fazladır. Klorofil a ( C 55 H 72 O 5 N 4 Mg ) Klorofil b ( C 55 H 70 O 6 N 4 Mg )
Klorofil a ve b belli ışık emme özelliği gösterirler. Karotinoidler bitki ve hayvanlarda yaygın şekilde bulunan kırmızı, sarı, kahverengi renkte lipit bileşiklerdir. Klorofil ve karotinoidler kloroplastlarda aynı proteine bağlanıp fotosintin adı verilen bir bileşiği oluştururlar. Karotinoidler fotosentez için önemi, belli dalga boylarındaki ışık enerjisini absorbe ederek klorofile aktarması böylece fotosenteze yardım etmesidir.
Fotosistem Merkezleri Fotosistem merkezleri birkaç yüz klorofil a, b ve karotinoidler den meydana gelen anten kompleksleridir. İzole klorofil molekülün uyarılması 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 merkezlerinde ise, uyarılmış elektronlar elektron taşıyıcı sistemlere aktarılarak elektronların tekrar eski durumlarına aniden dönmelerine izin verilmeyerek ATP ve NADPH yapımı sağlanır.
Fotosistem Merkezi Tilakoit zarlarda iki çeşit fotosistem merkezleri vardır. Fotosistem 1 (PSI), P700 olarak bilinir ve 700 nm ve daha uzun dalga boyundaki ışıkları absorbe eder. Fotosistem 2 (PSII), ise 680 nm boyundaki ışığı absorbe ettiğinden P680 olarak bilinir. Fotosistem 1, 2 ye göre daha az klorofil-b içerir ama aynı sayıda klorofil-a ya sahiptir. Anten merkezlerin de karotinoidler yardımıyla absorblanan ışık enerjisi sonunda merkezde yer alan klorofil-a molekülüne gelip oradan birincil elektron alıcısına aktarılır.
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 Oà P680à Fotosistem 2à P700 à Fotosistem 1à NADPH
Devirsel elektron akışı Fotosistem 1 den kopan elektronlar tekrar eski durumlarına dönmesi olayı devirseldir. Sadece ATP yapımı gerçekleşir. Bakterilerde (mor kükürt) yoğun bir şekilde gerçekleşir. Yüksek yapılı bitkilerde ise devirsel fotofosforilasyon daha az oranda gerçekleşir.
KEMİOSMOZ Kemiosmoz; zarları redoks reaksiyonları ile ATP üretimini eşleştirmede kullanılan bir süreçtir. 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.
Mitokondri ve kloroplastın her ikisi de yüksek H + i y o n u konsantrasyonundan düşük H + iyonu konsantrasyonuna doğru gerçekleşen difüzyon sayesinde ATP yapımı gerçekleştirirler. ATP yapımı yönünden bu iki organelin birbirine benzemesi ortak evrimsel bir kökene sahip olduklarını gösterir.
CALVİN DÖNGÜSÜ İlk basamağı C fiksasyonudur. 3 C lu şeker G3P oluşur. 1 molekül G3P oluşması için döngünün 3 kez tekrarlanması gerekir. Böylece 3 molekül CO 2 fikse edilmelidir.
CO 2 5C lu RuDP tarafından alınır ve rubisco denen bir enzim yardımıyla 2 mol 3-fosfogliserata dönüşür. Calvin döngüsü sırasında ATP ve NADPH kullanılır.
Kalvin döngüsü sonucunda bir molekül heksoz ş e k e r i sentezlenmesi evresinde 6 CO 2 ile 18 ATP ve 12 NADPH dan yararlanılır. Fosfogliseraldehitin fazlası (1 tane) kloroplastan dışarı aktarılır ve glikoz, sakkaroz ve fruktoz gibi maddeleri oluşturur. 1 molekül 3-PGAL ın oluşabilmesi için calvin döngüsünün 3 kez tamamlanması gerekir. Döngü 3 kez tamamlandığında 6 molekül 3-PGAL oluşur. Bu moleküllerden 5 tanesi 3 molekül RuDP oluşmasını sağlar. Geri kalan bir molekül 3-PGAL ise heksozların oluşmasında kullanılır.
Calvin Döngüsünde; 1 adet G3P molekülünün net sentezi için; - 9 molekül ATP - 6 molekül NADPH tüketilir. Calvin döngüsünden ayrılan G3P metabolik yollar (glukoz ve diğer kh ın sentezi) için başlangıç maddesidir. Bir molekül glukoz sentezi için Calvin döngüsü. molekül CO 2,..ATP ve. molekül NADPH kullanır. Calvinde kullanılan ATP ve NADPH molekülü glukozun içerdiği yüksek enerji değeri ile neden uyumludur?
Yeşil bitkilerdeki değişik fotosentez tipleri Karbondioksit seviyesi azaldığında (Örneğin sıcak günlerde stomalar kapanır) Rubisco döngüsel reaksiyonlara giremez ve calvin devri kesintiye uğrar buna fotorespirasyon denir. (Ayrıca rubisco CO 2 yerine oksijenle birleşir). Çoğu bitkiler (C 3 ) bu gruptadır. Şeker kamışı ve mısır gibi bitkiler ise C4 yolu olarak adlandırılan bir yolu izlerler. CO 2 i önceden biriktirirler. Bu bitkilerin mezofil hücrelerinde calvin döngüsü gerçekleşmez. CO 2 PEP olarak adlandırılan bir bileşikle birleşir ve malata dönüşür daha sonra demet kını hücrelerine aktarılır. Malat, burada calvin döngüsüne girer ve CO 2 oluşur. Burada biriken CO 2 atmosferin 10 katına kadar ulaşabilir. Böylece fotorespirasyon engellenmiş olur. Yüksek ışık ve sıcaklık altında fotosentezin durması engellenmiş olur. CAM bitkileri grubunda ise (Kaktüs ve agave) yüksek sıcaklık ve susuzluk bu bitkileri etkiler gündüz vakti stomalarını kapatmak zorundadırlar. Fotorespirasyonu engellemek için geceleyin stomalarını açarlar, CO 2 bağlarlar ve malik asit kofullarda depo edilir. Gündüz ise stomalarını kaparlar (Terlemeyi engellemek için) ve malik asitten CO 2 elde ederek fotosentezi gerçekleştirirler. Gece C4 yolunu gündüz ise calvin döngüsünü gerçekleştirmiş olurlar.
Sıcak iklimlerde yaşayan bitkilerde görülür. Düşük CO 2 yoğunluğunda fotosentez 2 yaparlar. CO 2 mezofil hücrelerinde döngüsel reaksiyonlara girer. Yüksek O yoğunluğunun fotosentezi durdurması böylece engellenir.
CAM bitkilerinde bütün gece stomalar açıktır ve gündüzleri kapanır. Geceleri aldıkları CO 2 leri organik asite çevirirler. Mezofil hücreleri organik asitleri kofullarında depo ederler ve gündüzleri ise stomaları kapanır ve fotosentez başlar. Kaktüs, ananas gibi bitkiler örnek olarak verilebilir. Doğada bitki türlerinin yaklaşık %85 ini C 3 bitkileri, % 5 ini C 4 bitkileri ve % 10 da CAM bitkileri oluşturur.
CO etkisi 2 Işık şiddeti Sıcaklık