Fotosentez nedir?

Fotosentez hangi evrelerden oluşur?

Fotosentez tek bir tepkime değil, birbirine bağlı iki aşamadan oluşan uzun bir tepkimeler zinciridir. Her iki aşama da kloroplastın içinde, fakat farklı bölgelerinde gerçekleşir. Kloroplastın içinde üst üste dizilmiş, disk biçimli zarlara tilakoit, bu zar yığınlarının çevresindeki sıvı dolu boşluğa da stroma denir.

İlk aşama olan ışığa bağlı tepkimeler tilakoit zarlarında yürür. Klorofil ve yardımcı pigmentler ışığı soğurur, bu enerjiyle su molekülleri parçalanır ve oksijen serbest kalır. Aynı sırada hücrenin enerji taşıyıcıları olan ATP ve NADPH üretilir. İkinci aşama olan Calvin döngüsü ise stromada gerçekleşir. Burada havadan alınan karbondioksit, ilk aşamada depolanan enerji kullanılarak şeker moleküllerine bağlanır.

Calvin döngüsünde oluşan üç karbonlu şeker (G3P), hücrede glikoza, nişastaya, selüloza ve başka organik bileşiklere dönüştürülür. Bitkinin gövdesi, yaprakları ve meyveleri büyük ölçüde bu yolla bağlanan karbondan oluşur.

Fotosentez için hangi koşullar gerekir?

Fotosentezin gerçekleşmesi için bazı temel unsurların bir arada bulunması gerekir. Bunlardan biri eksik kaldığında ya da yetersiz olduğunda fotosentez hızı düşer. Biyolojide hızı en çok kısıtlayan etkene sınırlayıcı faktör denir.

• Işık: Enerji kaynağıdır. Belirli bir noktaya kadar ışık şiddeti arttıkça fotosentez hızı da artar.
• Karbondioksit: Yapraklardaki küçük gözenekler olan stomalardan içeri alınır.
• Su: Kökler tarafından topraktan emilir ve iletim dokularıyla yapraklara taşınır.
• Klorofil: Işığı yakalayan yeşil pigmenttir; kloroplastların tilakoit zarlarında bulunur. Karotenoit gibi yardımcı pigmentler de klorofilin soğuramadığı dalga boylarındaki ışığı yakalayarak enerjiyi ona aktarır.
• Uygun sıcaklık: Tepkimeleri enzimler yürüttüğü için çok düşük ya da çok yüksek sıcaklık hızı azaltır.

Bitkiler farklı iklimlere uyum sağlamak için farklı karbon tutma yolları geliştirmiştir. Buğday ve pirinç gibi bitkilerin çoğu klasik yolu (C3) kullanır. Mısır ve şeker kamışı gibi sıcak bölge bitkileri karbondioksiti önce dört karbonlu bir bileşiğe bağlar (C4). Kaktüsler ve ananas gibi kurak ortam bitkileri ise stomalarını geceleri açarak su kaybını azaltır (CAM).

Açığa çıkan oksijen nereden gelir?

Fotosentezde atmosfere verilen oksijenin kaynağı karbondioksit değil, sudur. Işığa bağlı tepkimelerde su molekülleri parçalanırken elektronlar ve hidrojen iyonları açığa çıkar; geriye kalan oksijen atomları birleşerek oksijen gazını oluşturur. 1940’lı yıllarda oksijenin ağır izotopuyla işaretlenmiş su ve karbondioksit kullanılarak yapılan deneyler bu sonucu açıkça göstermiştir.

Bu süreç Dünya tarihi açısından da belirleyicidir. Oksijen üreten fotosentezi ilk gerçekleştiren canlılar siyanobakterilerdir. Milyarlarca yıl boyunca biriken oksijen, atmosferin bileşimini değiştirmiş ve oksijenli solunum yapan canlıların ortaya çıkmasına zemin hazırlamıştır.

Fotosentez nasıl keşfedildi?

Fotosentezin anlaşılması birkaç yüzyıla yayılan deneylerle mümkün olmuştur. 1771’de İngiliz bilim insanı Joseph Priestley, kapalı bir kapta mumun söndüğü havayı bir nane dalının yeniden “düzelttiğini” gözlemledi. 1779’da Hollandalı hekim Jan Ingenhousz, bitkilerin bu etkiyi yalnızca ışık altında ve yeşil kısımlarıyla gösterdiğini ortaya koydu. 20. yüzyılda ise Melvin Calvin ve ekibi, karbondioksitin şekere dönüşme yolunu radyoaktif karbonla izleyerek aydınlattı. Calvin bu çalışmalarıyla 1961 Nobel Kimya Ödülü’nü aldı ve döngü onun adıyla anılır oldu.

Fotosentez neden bu kadar önemlidir?

Karadaki ve denizdeki besin zincirlerinin neredeyse tamamı fotosentezle başlar. Bitkiler ve algler üretici olarak güneş enerjisini kimyasal enerjiye çevirir; otçullar bu enerjiyi bitkileri yiyerek, etçiller de otçulları yiyerek alır. Okyanuslardaki mikroskobik algler olan fitoplanktonlar, dünya genelindeki fotosentezin önemli bir bölümünü üstlenir.

Fotosentez, atmosferdeki karbondioksitin bir kısmını tutarak karbon döngüsünde de kilit rol oynar. Kömür, petrol ve doğal gaz gibi fosil yakıtlar da milyonlarca yıl önce fotosentezle bağlanmış karbonun jeolojik süreçlerle dönüşmüş hâlidir.

Fotosentez ile solunum arasındaki ilişki

Hücresel solunum, kabaca fotosentezin tersi gibi düşünülebilir. Fotosentezde ışık enerjisi kullanılarak karbondioksit ve sudan glikoz ile oksijen üretilir. Solunumda ise glikoz oksijenle parçalanır; karbondioksit, su ve hücrenin kullanabileceği enerji (ATP) açığa çıkar: C₆H₁₂O₆ + 6O₂ → 6CO₂ + 6H₂O + enerji. Fotosentez kloroplastlarda, oksijenli solunumun büyük bölümü ise mitokondrilerde gerçekleşir. Bu iki süreç birlikte, oksijen ve karbondioksitin canlılar ile atmosfer arasında sürekli dolaşmasını sağlar.

Fotosentezle ilgili sık yapılan yanılgılar

• “Bitkiler solunum yapmaz.” Yanlıştır. Bitkiler de tüm canlılar gibi gece gündüz hücresel solunum yapar; gündüz fotosentez hızı solunumdan yüksek olduğu için dışarıya net oksijen verilir.
• “Bitki kütlesinin çoğu topraktan gelir.” Yanlıştır. Bitkinin kuru kütlesinin büyük kısmı havadan alınan karbondioksitteki karbondan oluşur; topraktan esas olarak su ve mineraller alınır.
• “Yalnızca bitkiler fotosentez yapar.” Eksiktir. Algler ve siyanobakteriler de oksijen üreten fotosentez yapar.