Fotosentez

FOTOSENTEZ Işık enerjisinin kullanılarak organik bileşiklerin üretilmesidir. Yeşil yapraklı bitkilerin inorganik maddelerden (H2O, CO2), ışık enerjisi ve klorofil yardımı ile organik besin üretmeleridir. Genel Denklemi: IŞIK C6H12O6 + 6 O2 6 CO2 + 6 H2O KLOROFİL Glikoz Fotosentez yapan canlılar: Bitkiler - Mavi – yeşil algler Bazı bakteriler - Bazı protistalar

6 CO2 + 6H2O + Işık enerjisi  C6H12O6 + 6 O2 Fotosentez sonucu oluşan besin (Glikoz) diğer organik maddelere dönüştürülür. Fotosentez de sadece besin değil oksijende oluşarak atmos fere verilir. 5

Uzun yıllar fotosentezde meydana gelen oksijenin kaynağının karbondioksit olduğu sanılmaktaydı. Ancak oksijenin bir izotopu olan ağır oksijen O18 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), o2’ 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. 8

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 ) 9

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. 10

Işık enerjisiyle ATP ve NADPH molekülleri sentezlenir. 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. 11

FOTOSENTEZ EVRELERİ IŞIK IŞIK H2O O2 CO2 C6H12O6 GLİKOZ ATMOSFERE VERİLİR IŞIK REAKSİYONLARI EVRESİ 3 ATP + 2 NADPH2 sentezlenir (Granalarda) H2O O2 KARBON TUTMA REAKSİYONLARI EVRESİ (Karanlık Evre) 3 ATP + 2 NADPH2 harcanır (Stromada) CO2 C6H12O6 GLİKOZ

Fotosistem Merkezleri 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 merkezlerinde ise , uyarılmış elektronlar elektron taşıyıcı sistemlere aktarılarak elektronların tekrar eski durumlarına aniden dönmelerine izin verilmeyerek ATP ve NADPH yapımı sağlanır. 13

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. 14

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. 15

1. Devirsel Fotofosforilasyon ışık ferrodoksin e - ADP+P ATP e - Klorofil-a Plastokinon e - e - ADP+P sitokromlar ATP 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. H2O P680 Fotosistem 2 P700  Fotosistem 1 NADPH 18

2. Devirsel olmayan Fotofosforilasyon 2NADP ferrodoksin e - ışık 2NADPH2 e - fotoliz + - Klorofil-a 4H2O 4H + 4OH 4OH 2H2O +O2 e - e - ADP+P Plastokinon e - e - Klorofil-b sitokromlar 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 CO2 için 2 molekül NADPH ve 3 molekül ATP ye ihtiyaç vardır. 21

Calvin Devri Bütün fotosentetik organizmalar tarafından karbondioksit karbonunun karbonhidratlara aktarılması olayıdır. Bu safhada, elektron taşınım safhasında oluşan ATP ve NADPH kullanılarak karbondioksit karbonhidratlara dönüştürülür. 22

Mitokondri ve Kloroplast ? Mitokondri ve kloroplastın her ikisi de yüksek H iyonu konsantrasyonundan düşük H iyonu konsantrasyonuna doğru gerçekleşen difüzyon sayesinde ATP yapımı gerçekleştirirler. 23