If you're seeing this message, it means we're having trouble loading external resources on our website.

Bağlandığınız bilgisayar bir web filtresi kullanıyorsa, *.kastatic.org ve *.kasandbox.org adreslerinin engellerini kaldırmayı unutmayın.

Ana içerik

Fotosentez

Işık enerjisinin kimyasal enerjiye dönüştürülmesi. Fotosentez tepkimeleri nasıl ve nerede gerçekleşir? Fotosentezin ekolojik açıdan önemi nedir? Sorularının yanıtlarını öğrenmek ister misiniz?

Giriş

Son zamanlarda hiç bir ağaca sarıldınız mı? Sarılmadıysanız bunu bir düşünün. Diğer bütün insanlar gibi siz de varlığınızı, bitkilere ve ışığı yakalayan diğer organizmalara borçlusunuz. Aslına bakarsanız dünya üzerindeki yaşamın büyük çoğunluğu Güneş'in ekosistemlere sunduğu sürekli enerji sayesinde devam edebiliyor.
İnsanlar da dahil bütün organizmalar büyüme, gelişme ve üreme gibi metabolik fonksiyonları gerçekleştirebilmek için enerjiye ihtiyaç duyarlar fakat organizmalar ışık enerjisini metabolik ihtiyaçları için doğrudan kullanamazlar. Bu enerjinin kullanılabilmesi için fotosentez yoluyla kimyasal enerjiye dönüştürülmesi gerekir.

Fotosentez nedir?

Fotosentez, ışık enerjisinin şeker şeklindeki kimyasal enerjiye dönüştürülme sürecidir. Işık enerjisiyle çalışan bu süreçte su ve karbondioksitten glikoz molekülleri (veya başka şekerler) üretilir ve bir yan ürün olarak oksijen ortaya çıkar. Glikoz molekülleri organizmalara iki önemli kaynak sağlar: enerji ve sabit—organik—karbon.
  • Enerji. Glikoz molekülleri hücreler için yakıt görevi görür: hücresel solunum ve fermantasyon gibi işlemlerle glikoz moleküllerinin kimyasal enerjisinden faydalanılabilir. Bu işlemler hücrenin acil ihtiyaçları için adenozin trifosfat—start text, A, T, P, end text adı verilen ve enerji taşıyan küçük bir molekül— üretir.
  • Sabit karbon. Karbondioksitte bulunan karbon (inorganik karbon) organik moleküllere dönüştürülebilir, bu sürece karbon fiksasyonu denir. Organik moleküllerde bulunan karbon, sabit karbon olarak da bilinir. Sabitlenen ve şekere dönüştürülen karbon, hücrelerin ihtiyacı olan başka organik moleküllerin oluşturulması için kullanılabilir.
Fotosentezde Güneş enerjisi alınır ve su ve karbondioksit kullanılarak glikoz hâlinde kimyasal enerjiye dönüştürülür. Bu süreçte yan ürün olarak da oksijen açığa çıkar.

Fotosentezin ekolojik açıdan önemi

Bitkiler, algler ve bazı bakteriler gibi fotosentez sürecine dahil olan organizmalar önemli bir ekolojik rol oynarlar. Bu organizmalar şeker sentezlemek için ışığı kullanarak, kimyasal enerji ve sabit karbonun ekosistemlere katılmasını sağlar. Ayrıca bu canlılar ışığı kullanarak kendi besinlerini üretebildikleri ve kendi karbonlarını sabitleyebildikleri için fotootroflar (ışığı kullanarak kendi kendini besleyenler) olarak adlandırılırlar.
Karbondioksidi kendiliğinden organik bileşiklere dönüştüremeyen insanlar ve diğer organizmalar heterotroflar veya dışbeslenenler olarak adlandırılırlar. Heterotroflar diğer organizmaları veya bu organizmaların yan ürünlerini yiyerek sabit karbon alırlar. Hayvanlar, mantarlar, birçok prokaryot ve protist heterotrof canlılardır.
Fotosentez hem sabit karbon ve enerjinin ekosistemlere girmesini sağlar hem de Dünya atmosferinin yapısını etkiler. Fotosentetik organizmaların çoğu oksijeni bir yan ürün olarak üretirler. Bundan yaklaşık 3 milyon yıl önce siyanobakteriye benzeyen bakterilerin fotosentez yapması, Dünya üzerindeki yaşamı tamamen değiştirdistart superscript, 1, end superscript. Bu bakterilerin sürekli olarak oksijen üretmesi, atmosferdeki oksijen yoğunluğunun artmasına neden oldu, bu artış ise hücresel solunum için oksijen kullanan organizmaların (aerobik solunum yapan canlılar) evrimini etkiledi. Bu eski fotosentezciler olmasaydı, bugün diğer pek çok tür gibi biz de Dünya üzerinde olmayacaktık!
Fotosentez yapan organizmalar atmosferde bulunan karbondioksidi büyük oranda temizler ve karbon atomlarını organik moleküller üretmek için kullanırlar. Dünya'da bol miktarda bulunan bitkiler ve algler olmasaydı atmosferde karbondioksit birikirdi. Fotosentez yapan organizmalar insan etkinlikleri nedeniyle ortaya çıkan karbondioksidin bir kısmını temizlese de artan atmosfer seviyeleri sıcaklığı etkileyerek iklimin değişmesine neden olur. Birçok bilim insanı ormanların korunmasının ve yeşil alanların çoğaltılmasının karbondioksit seviyelerinin artmasını engelleyeceğini düşünüyorlar.

Fotosentez, yapraklarda gerçekleşir

Karasal ekosistemlerde bulunan en yaygın ototrof canlılar bitkilerdir. Bütün yeşil yaprak dokuları fotosentez yapabilir fakat çoğu bitkide fotosentez yapraklarda gerçekleşir. Bir yaprak dokusunun orta tabakasında bulunan hücreler mezofil olarak adlandırılırlar ve birincil fotosentez bölgesi olarak görev yaparlar.
Stoma adı verilen küçük gözenekler (çoğul hâli-stomata) çoğu bitkide yaprak yüzeyinde bulunur. Bu gözenekler karbondioksidin mezofil tabakasına yayılmasını ve oksijenin bu tabakadan dışarı salınmasını sağlarlar.
Bir yaprağı farklı yakınlaştırma seviyelerinde gösteren şema. Yakınlaştırma 1: Tüm yaprak Yakınlaştırma 2: Yaprağın içindeki mezofil doku Yakınlaştırma 3: Tek bir mezofil hücresi Yakınlaştırma 4: Mezofil hücresi içindeki kloroplast Yakınlaştırma 5: Kloroplastın içindeki tilakoit kümeleri -grana- ve stroma
Görselin uyarlandığı kaynak: "Overview of photosynthesis: Figure 6", OpenStax College, Concepts of Biology, CC BY 3,0
Her mezofil hücresinde fotosentez tepkimelerinin gerçekleşmesini sağlayan kloroplastlar bulunur. Her bir kloroplastta tilakoid adı verilen disk şeklindeki yapılar üst üste gelecek şekilde düzenlenmiştir, bu kümelerin her birine grana adı verilir. Her bir tilakoid zarında, ışığın emilmesini sağlayan klorofil adındaki yeşil pigmentlerden bulunur. Grananın etrafında bulunan, sıvı ile kaplı boşluk stroma; tilakoid disklerin arasında bulunan boşluk ise tilakoid boşluk olarak adlandırılır. Kloroplastın farklı bölgelerinde farklı kimyasal tepkimeler gerçekleşir.

Işığa bağlı tepkimeler ve Calvin döngüsü

Bitkilerin yapraklarında gerçekleşen fotosentezin pek çok aşaması vardır fakat fotosentezi genel olarak iki başlığa ayırmak mümkündür: ışığa bağlı tepkimeler ve Calvin döngüsü.
  • Işığa bağlı tepkimeler tilakoid zarında gerçekleşir ve sürekli olarak ışık enerjisi kullanırlar. Klorofiller ışık enerjisini soğurur, bu enerji daha sonra start text, A, T, P, end text (enerji depolayan bir molekül) ve NADPH (bir tür elektron taşıyıcısı) oluşumuyla kimyasal enerjiye dönüştürülür. Bu işlem sırasında su molekülleri de oksijen gazına yani soluğumuz oksijene dönüşür!
  • Işığa bağlı olmayan tepkimeler olarak da adlandırılan Calvin döngüsü stromada gerçekleşir ve doğrudan ışığa ihtiyaç duymaz; bunun yerine ışığa bağlı tepkimelerden start text, A, T, P, end text ile start text, N, A, D, P, H, end text alarak karbonu sabitler ve üç karbonlu şekerler (gliseraldehit 3-fosfat veya G3P molekülleri) üretir. Bu şekerler de glikoz oluşturmak için bir araya gelirler.
Işığa bağlı tepkimeler, Calvin döngüsü ve bunların birbiriyle bağlantısını gösteren şema.
Işığa bağımlı tepkimeler tilakoit zarda gerçekleşir. Bunun için ışık gereklidir ve oluşan net etki, su moleküllerinin oksijene dönüşmesi, ATP moleküllerinin -ADP ve Pi'den- üretilmesi ve NADPH moleküllerinin -NADP+'nın azalması sayesinde- üretilmesidir.
ATP ve NADPH, tilakoit zarın stroma bölümünde üretilir ve burada Calvin döngüsü için kullanılabilir.
Calvin döngüsü stromada gerçekleşir ve karbondioksiti sabitlemek için ışığa bağlı tepkimelerden gelen ATP ile NADPH'yi kullanır. Böylelikle üç karbonlu şekerler, yani gliseraldehit 3-fosfat molekülleri açığa çıkar.
Calvin döngüsü ATP'yi ADP ve Pi'ye çevirir; NADPH'yi ise NADP+'ya çevirir. ADP, Pi ve NADP+ ışık tepkimelerinde substrat olarak yeniden kullanılabilir.
Görselin uyarlandığı kaynak: "Overview of photosynthesis: Figure 6," OpenStax College, Biology CC BY 3,0.
Işığa bağlı tepkimeler ışık enerjisini alır, bu enerjiyi start text, A, T, P, end text ve start text, N, A, D, P, H, end text şeklinde geçici olarak depolar. start text, A, T, P, end text enerji açığa çıkarmak için parçalanır, start text, N, A, D, P, H, end text ise karbondioksit moleküllerinin şekere dönüştürülmesi için elektronlarını verir. Işık halindeki enerji şeker bağlarında depolanır.

Fotosentez-hücresel solunum karşılaştırması

Bütün tepkimelere bakıldığında fotosentez ve hücresel solunum neredeyse birbirine ters tepkimelerdir. Aşağıdaki tabloda gösterildiği gibi kullandıkları ve ortaya çıkardıkları enerji şekilleri farklıdır.
Basitleştirilmiş bir düzeyde, fotosentez ve hücre solunum, birbirinin zıttı tepkimelerdir diyebiliriz. Fotosentezde güneş enerjisi kimyasal enerji olarak toplanır ve su ile karbondioksiti glikoza dönüştüren bir süreçte kullanılır. Oksijen yan ürün olarak açığa çıkar. Hücre solunumunda oksijen glikozu parçalamak için kullanılır ve süreçte kimyasal enerji ve ısı açığa çıkar. Bu tepkimenin ürünleri karbondioksit ve sudur.
Tepkimeler boyunca gerçekleşen adımları tek tek incelediğimizde ise fotosentez, hücresel solunumun geriye sarılmış bir versiyonu değildir. Bu bölümün kalanında da göreceğimiz gibi fotosentezin kendine özgü adımları vardır. Bununla birlikte fotosentez ve hücresel solunum arasında önemli benzerlikler de bulunmaktadır.
Örneğin; hem fotosentezde hem hücresel solunumda bir dizi redoks tepkimesi (elektron aktarımı gerektiren tepkimeler) gerçekleşir. Hücresel solunumda elektronlar glikozdan suya doğru akar, bunun sonucunda su oluşur ve enerji açığa çıkar. Fotosentezde ise elektronlar sudan glikoza doğru akar, bu işlem ışık enerjisi gerektirir. Hücresel solunum gibi fotosentez de start text, H, end text, start superscript, plus, end superscript konsantrasyon gradyanı oluşturmak için elektron taşıma zincirinden yararlanır, böylece kemiosmozla start text, A, T, P, end text sentezlenmiş olur.
Bu bahsettiklerim size tanıdık gelmediyse sakın endişelenmeyin! Fotosentezi anlamak için hücresel solunumu bilmenize gerek yok. Sadece bu konuda okumaya ve izlemeye devam edin. Böylece hayatımızı sürdürmemizi sağlayan bu sürece dair bütün ayrıntıları öğrenmiş olacaksınız.