Fotosentez ve Pigmentler

Fotosentez Nedir?

Canlılarda ışık enerjisi kullanılarak karbondioksit ve su gibi inorganik maddelerden organik madde sentezlenmesine fotosentez adı verilir. Organik madde sentezi sırasında enerjisini ışıktan sağlayan canlılara fotoototrof canlılar denir.

Fotosentez yapan canlılar:

• Mor kükürt bakterileri, siyanobakteriler (fotosentetik bakteriler)
• Öglena, alg gibi protistler
• Bitkiler (tam parazit bitkiler hariç)

Fotosentez, ekosistemlerde besin ve enerji akışının temelini oluşturan biyolojik bir olaydır.

Bitkilerde fotosentez için gerekli olan su ve mineraller kökleri aracılığıyla topraktan alınır. CO₂ ihtiyacı ise atmosferden ya da oksijenli solunum sırasında üretilen CO₂ kullanılarak karşılanır. Fotosentez sonucu oluşan O₂'nin fazlası atmosfere verilir.

Işık ve Elektromanyetik Spektrum

Işık; foton adı verilen, yüksek hızda hareket eden ve enerji taşıyan temel taneciklerden oluşan bir enerji türüdür. Işık hem dalga hem de tanecik (parçacık) yapısına sahiptir.

Işığın dalga boyu ile enerjisi ters orantılıdır. Kısa dalga boyuna sahip ışık daha fazla enerji taşırken uzun dalga boylu ışık daha az enerjiye sahiptir.

Dalga boylarının sınıflandırılması elektromanyetik spektrum olarak adlandırılır.

Görünür ışık: Elektromanyetik spektrumun 380 nm ile 750 nm arasındaki kısmıdır. İnsan gözü bu ışığı farklı renkler şeklinde algılar. Bu dalga boyları fotosentez sürecinde bitkiler tarafından kullanılan ana enerji kaynağını oluşturur.

Pigmentler

Görünür ışığı soğuran maddeler pigment olarak bilinir. Farklı pigmentler farklı dalga boylarındaki ışığı soğurur. Soğurulamayan ışıklar ya yansıtılır ya da geçirilir.

Fotosentez olayında görev yapan temel pigment klorofildir. Klorofilin soğurduğu ışık enerjisi fotosentezde kullanılır. Yapraklar, klorofilin yansıttığı ya da geçirdiği yeşil ışık nedeniyle yeşil renkte görünür.

Işığa Bağlı Evre

Ökaryot hücrelerde fotosentez, kloroplast organelinin granumlarında gerçekleşirken prokaryot hücrelerde sitoplazmada bulunan içe doğru katlanmış hücre zarı bölümlerinde gerçekleşir.

Işığa bağlı evre sırasında ışık enerjisi, klorofil pigmentini uyarır. Uyarılan klorofil yüksek enerjili elektronlarını kaybeder ve bu elektronlar ETS (elektron taşıma sistemi)'ye aktarılır.

Fotoliz: Su moleküllerinin ışık enerjisi sayesinde elektronlar (e⁻), hidrojen iyonları (H⁺) ve oksijen (O₂) olmak üzere üç bileşene ayrılmasını sağlar.

2H₂O → 4H⁺ + 4e⁻ + O₂ (Fotoliz)

Klorofilin kaybettiği elektronların yerine su molekülünün fotolizi ile açığa çıkan elektronlar gelir. Böylece su, klorofilin elektron açığını kapatır.

Elektronlar ETS üzerinde taşınırken enerjilerinin bir kısmı ATP molekülünün sentezi için kullanılır. Fotoliz sırasında açığa çıkan hidrojen iyonları, NADP⁺ tarafından tutularak NADPH molekülünü oluşturur. Fotoliz sonucu serbest kalan oksijen, bir yan ürün olarak atmosfere salınır.

Işıktan Bağımsız Evre (Calvin Döngüsü)

Fotosentezin ışıktan bağımsız evresi, ökaryot hücrelerde kloroplastın stromasında; prokaryot hücrelerde ise sitoplazmada gerçekleşir. Bu evre Calvin döngüsü olarak da adlandırılır.

Bu evre sayesinde stromada CO₂ tüketilerek başta glikoz olmak üzere organik madde çeşitlerinin birçoğu sentezlenir. Işıktan bağımsız evrede ışık doğrudan gerekli olmasa da ışığa bağlı evrede açığa çıkan ATP ve NADPH'a ihtiyaç duyulur.

Işığa bağlı evreden gelen ATP'lerin defosforilasyonu sonucu açığa çıkan enerji ile NADPH'ın hidrojenleri ve CO₂ birleştirilir, 3 karbonlu fosfogliseraldehit (PGAL) molekülleri sentezlenir.

Kloroplastın stromasında PGAL'in bir kısmı glikoza dönüşürken bir kısmı da bitkinin ihtiyaç duyduğu diğer organik maddelerin sentezinde kullanılır.