Fotosentez

 Enerji Dönüşümleri  (Fotosentez-Solunum)
Organik evrim teorisine göre ilkel atmosferde yer alan CO2, H2O, H2,NH3,CH4, vb. gibi moleküller şimşek,yıldırım ve u.v  ışınların etkisiyle basit organik moleküller haline dönüştü. (Atmosferde oksijen yoktu.)                                                                                                   

                                         Şimşek+Yıldırım
CO2+H2O+H2+NH3+CH4-------------------Basit organik moleküller
                                        O2’siz atmosfer

Oluşan organik maddeler yağmur suları ile karaya taşınıp , ısı ve u.v etkisiyle karmaşık kompleks moleküller haline dönüştüler.

                                        (Karada) ısı+U.V
Basit  organik moleküller ---------------------Karmaşık organik maddeler.
                                          O2’siz  atmosfer

          Yer kabuğunda oluşan komplex maddeler yağmur suları ile denizlere taşındı. Denizlerde  u.v etkisiyle  komplex moleküllerden sayısız ve karmaşık reaksiyonlarla ilk canlılığın temeli atıldı ve ilkel hücreler (Koaservat) oluştu.

                   (Denizlerde) ısı+U.V+Enzimsel maddeler
 Komplex organik maddeler ------------------ İlkel hücre (Koaservat)
                                         O2’siz ortam

İlk canlı oksijensiz ortamda oluşmuştur. İhtiyaç duyulan organik maddeler cansız ortamda inorganik koşullarda sentezlenmekte ve bol miktarda bulunmaktadır. İlkel hücre ihtiyacı olan enerjiyi ortamdaki organik moleküllerden oksijensiz solunumla elde etmekteydi. Bu mekanizma günümüze kadar gelmiştir.(Fermantasyon)

                       İlkel hücre
Organik madde------------------  Basit organik ve inorganik madde+Enerji
                          Enzim

Not:Bu yöntemle elde edilen enerji ilkel hücreler için yeterlidir.İlkel hücrelerden bazıları sahip olduğu enzimlerle kendi organik maddelerini inorganik maddelerden üretebilme yeteneğine sahip oldular. Bunun en ilkel şekli kemosentezdi zamanla fotosentez gelişti. 
               
                                   İleri hücre formları              
İnorganik  maddeler---------------------- Organik maddeler
                          Kemosentez ve Fotosentez

Fotosentezin ortaya çıkışıyla:
1-O2 üretimi sağlanarak ozon (O3) oluşumu gerçekleşmiştir.  Ozon U.V ışınlar atmosferin üst katmanlarında  tutmuş, böylece canlılar önce deniz (su) yüzeyine sonra karaya çıkışını sağlamıştır.

2-O2 üretimi ile O2 li solunumum başlamasına olanak tanımış , enerji üretiminin artması ile canlıların fizyolojik karakterlerinde artmaya ,özelliklerinin çeşitlenmesine, sayılarının ve çeşitlerinin artmasına neden olmuştur.

3-Oksijenin yüksek oksidasyon yeteneği nedeni ile; O2 yi etkisizleştirip kullanımını sağlayan enzim taşımayan  canlıların hızla azalmasını ,O2 yi kullanabilen canlıların ise hızla çoğalarak sayılarının artmasını sağlayan doğal seleksiyonu başlatmıştır.

4-O2 nin üretimi ile inorganik ortamdaki organik madde üretimi engellenmiş , fotosentez canlılar için en önemli organik madde üretim mekanizması olmuştur.   

 Not: Fotosentezden önce (ozon oluşmadan) organik madde sentezi için gerekli enerji u.v , şimşek , yıldırımlarla gerçekleşirken , fotosentezde madde sentezi için gerekli enerji güneşin görünür ışınları (450-760n.m) ile  gerçekleşir .Ozon bu ışınların geçişine engel değildir.

Not: Bugün yaşayan bütün canlılar (Kemosentetik ler hariç) ihtiyaç duydukları organik besini ve oksijeni fotosentezden karşılarlar.
 Ortamda, aşağıdaki yapılardan biri varsa, fotosentez gerçekleşir.
Klorofil-Kloroplast-Özümlem parankiması-Parankima dokusu-Yaprak-Bitki

 

Fotosentezin özgün olayları                                                       

• 6CO2  +  6H2O   -----(Işık/Klorofil)-----------C6H12O6  +  6O2 

• Kloroplastta gerçekleşir.
• Fotosentetik ototroflarda görülür.
• Hammaddeler CO2  ve  H2O dur.(Bakterilerde H ve H2S kullanılır)
• Ürünler glikoz ve O2 dir.(Bakterilerde O2 yerine S oluşur)
• Işıkta gerçekleşir.
• Anabolik reaksiyonlarıdır.
• Hidrojen akseptörü NADP dir
• İnorganik madde organik maddeye dönüşür.
• Işık enerjisi kimyasal bağ Enerjisine dönüşür
• Fotofosforilasyon la ATP sentezi yapılır.
• Klorofil ve su elektron kaynağıdır.(Bakterilerde H ve H2S, elektron ve H kaynağı olarak rol alır)

• Elektronların son alıcısı klorofil ve NADP dir.
• Canlıda ağırlık artışı olur.
• Sentezlenen ilk ürünler karbonhidratlardır.

Bakteriyel fotosentezin özellikleri

• Sitoplazmada gerçekleşir
• Klorofiller sitoplazmik zar katlanmaları olan tilakoidlerde yer alır
• H ve elektron kaynağı olarak H2 veya H2S kullanılır
• Işık gereklidir
• Yan ürün olarak O2 oluşmaz
• Anaerobiktirler

Protista ve bitkilerde gerçekleşen fotosentezin özellikleri

• Kloroplastlarda gerçekleşir
• Klorofiller kloroplastlardaki granalarda yer alır
• H ve elektron kaynağı H2O dur
• Yan ürün olarak O2 oluşur
• Işık gereklidir

Fotosentezin evreleri:
A-Işık evresi reaksiyonları

a-Devirli fotofosforilasyon:      
Özellikleri:

• Işık varlığında gerçekleşir
• Granalarda gerçekleşir
• Enzim görev almaz
• Elektron kaynağı klorofildir
•  e.t.s ye aktarılan her elektrona karşılık 1 ATP sentezi gerçekleşir
• Klorofilden  e.t.s ye aktarılan elektronlar yine aynı klorofil tarafından tutulurlar
• Bu seride sadece karanlık evrede kullanılmak üzere ATP sentezi gerçekleşir

 
b-Devirsiz fotofosforilasyon:
Özellikleri:

• Işık varlığında gerçekleşir
• Granalarda gerçekleşir
• Enzim görev almaz
• Elektron kaynağı PS1,PS2 ve H2O dur
• İki, pigment sistemi görev alır
• Suyun iyonizasyonu ve O2 nın oluşumu bu döngüde gerçekleşir
• Karanlık evrede kullanılacak ATP ve CO2 nin redüklenmesinde kullanılacak H ler bu evrede üretilir. (ATP ve NADPH2 ler üretilir)
• Ps1 ve Ps2 nin dört kez indirgenme - yükseltgenme olayına karşılık sistemde 3 ATP,2 NADPH2 ve 1 O2 sentezlenir

 

Genellemeler:
-Işık evresi reaksiyonlarında ihtiyaç duyulanlar:
1-Işık  2-ADP+Pi   3-NADP    4-Klorofil     5-H2O      6-e.t.s

-Işık evresi reaksiyonlarında açığa çıkanlar:
1-ATP      2-HADPH2       3-O2

 

Animasyonu izle

B-Karanlık evre reaksiyonları:
Özellikleri:

• Kloroplastlarda stroma da meydana gelir
• Enzimler rol alır
• Isı,Ph,Substrat miktarı,İnhibitör ve aktivatörlerden etkilenirler
• CO2 nin kullanıldığı evredir
• 1 CO2 için bu evrede ışık evrelerinde üretilen 3 ATP ve 2 NADPH2 kullanılır(1 glikoza karşılık 18 ATP ve 12 NADPH2 kullanılır)
•  e.t.s rol almaz
• CO2 yakalayıcısı olarak Ribuloz difosfat (Pi-5C-Pi) rol alır
• Işığa ihtiyaç duyulmaz
• Glikoz,sukroz,nişasta,a.asit,gliserol vb. organik maddelerin üretildiği evredir

Fotosentezin şematize edilmesi
 
Fotosentez reaksiyonlarında elde edilen ürünlerdeki C,H ve O kaynakları aşağıdaki gibidir.

6CO2  +   6H2O ------------ C6H12O6  +  6O2

CO2: Glikozdaki C ve O kaynağıdır
H2O: Glikozdaki H ve serbest kalan O2 kaynağıdır                 

 

Animasyonu izle

 Fotosentezle ilgili grafik ve deneyler
Fotosentez: Fotosentez reaksiyon hızını etkileyen faktörler:  
1-Işık      2-Klorofil     3-CO2       4-H2O       5-Isı

1-Işık faktörü

• Temel enerji kaynağıdır.
• Işık evresinde rol oynar.
• Dalga boyu ve şiddeti önemlidir.

a) Işığın dalga boyu:Fotosentez dalga boyunun 400-750 nm olduğu aralıkta gerçekleşir. Klorofil tarafından mor ışık daha fazla soğurulur ancak fotosentezin reaksiyon hızı kırmızı  ışıkta fazla yeşil ışıkta en az değerdedir
 
PS1,PS2 yükseltgenmesinde ve H2O nun iyonizasyonunda farklı dalga boylarında ışığa ihtiyaç olduğu için fotosentezin hızı beyaz ışıkta daha fazladır.

b) Işığın şiddeti:  Belirli bir ışık şiddetine kadar reaksiyon hızı artar.

 
Ancak ışık şiddeti güneş(ışık) ve gölge bitkilerinde fotosentez reaksiyon hızı üzerine etkisi farklıdır

 

 

Not:Işığın fotosentez için gerekli enerji kaynağı olmakla beraber klorofilin sentezi içinde ışığa ihtiyaç vardır.

                                           Mg
  Öncül madde-----Porfirin---------Mg-porfirin (Karanlıkta gerçekleşir.)
                                   ( Fe , Enzim )      
MG-porfirin-------------Öncül-klorofil------------------Klorofil
                                                              Işık                       

Klorofil sentezi (Kısaca)
                                           Enzim  /  Işık
( C , H , O , N )    +   Mg  ---------------------- 1 mol   Klorofil
                                           Fe  katalizör

2-CO2 faktörü

• Karanlık evre reaksiyonlarında görev alır.         
• Glikozun yapısına katılır.

Atmosferde % 0,03 oranında bulunan karbondioksit % 0,3 ‘e kadar artırınca reaksiyon hızı artar CO2 nin miktarını daha fazla artırmak reaksiyonu hızlandırmaz.

 
3-Isı faktörü

• Karanlık evre reaksiyonlarında etkendir.
• Optimal ısı 35 derecedir. (Türe göre değişir.)
• Fotosentezin enzimatik reaksiyonlardan olması nedeniyle ısıya karşı duyarlıdır.

 
4-Su faktörü

• Güneşten gelen fazla ısının terleme ile uzaklaştırılmasında görev alır.
• Karbondioksitin redüklenmesinde kullanılan H lerin kaynağıdır.
• Atmosferin O2 kaynağıdır.
• Devirsiz fotofosforilasyon da kullanılır.
• Enzimatik reaksiyonların gerçekleşmesi için gerekli ortamı oluşturur.

Not:Fotosentez reaksiyonlarında etken olan faktörler için minimum yasası geçerlidir. Buna göre reaksiyon hızı faktörlerden en zayıfı tarafından belirlenir.

A-Etken madde miktarı – reaksiyon hızı arasındaki ilişki.

• H2O-CO2 Reaksiyon hızını belirleyen ortamda en az bulunan faktördür.
• Işık şiddeti-CO2  Yukarıdaki grafiğe göre reaksiyon hızını belirleyen faktör ortam ışık şiddetidir
• Işık şiddeti-Isı

Not:Fotosentezde açığa çıkan yan ürünler
          H2O                                                    O2    
          H2S                                                     S                                     
          H2                                               Yan ürün yok
   
   Elektron ve H kaynağı                     Ortama verilen yan ürün

CO2     yakalayıcılar
KOH , NaOH , Ba(OH)2 , Ca(OH)2      

Fotosentezin   Hızı
a)Kütle  artışı   
b)Oluşan   O2   miktarı    
c)Kullanılan  CO2  miktarı ile ölçülür.

Fotosentezde e. t.s (enerji seviyelerine göre.)
1-Ferrodoksin
2-Plastokinon (Flavoproteinler)
3-Sitokrom
Bu sistem elemanları belirli enerji düzeyindeki elektronları yakalar ve enerji seviyelerini düşürerek bir sonraki elemana aktarırlar.Bu esnada serbest kalan enerji ile sistemde ADP+Pi nin ATP ye dönüşümü sağlanır 

Fotosentez Şartları

• CO2  ve  H2O  gerekir
• O2   açığa çıkar ( H2O  kullanılırsa )
• Işık karşısında olur
• Klorofilli  hücrelerde gerçekleşir
• Nişasta meydana gelir

DENEY 1 :Fotosentezde CO2 gerekliliği
                                                                                            
Yukarıdaki kurulu düzende sods ilave ediliyor. (soda içinde CO2 var.) CO2 eklenince gaz çıkışı fazlalaşıyor. Çıkan gaz O2 dir. Aynı deney şayet kaynatılmış soğutulmuş  suda yapılırsa gaz çıkışı gözlenmez eğer suyuniçine CO2 içeren su ilave edilirse gaz çıkışı artar
Sonuç: CO2  fotosentez için gereklidi
 

DENEY  2  :Fotosentezde CO2 gerekliliği
Bu deneyde kavanozun içindeki kısım lügolle boyanmaz. Nedeni CO2 ten yoksun olup
fotosentez yapamamasıdır.
Sonuç: fotosentez için CO2 gereklidir
  
 
 DENEY  3  :Fotosentezde ışık şiddetinin etkisi
Bu deneyden ; fotosentez için ışığın gerekli olduğunu çıkarıyoruz. Işık miktarı arttıkça çıkan kabarcık miktarı artar. Bu artış belli bir seviyeyekadar olur. Çünkü bu olay yapraktaki enzim miktarı ve klorofil miktarı ile de  ilgilidir.
Sonuç:Işık şiddetinin artışı belli oranda fotosentezin hızını artırır.
 

DENEY  4  :Fotosentezde CO2 kullanılır O2 açığa çıkar
Bu deney düzeneğini düzenli kurarsak bir süre sonra bitki ölür.Çünkü giden havaya CO2 ve O2 vardır.O2 gerekli değildir.Fotosentez sonucu elde edilen O2 miktarı kullanılandan fazladır.Fakat giren havadaki CO2 ve
solunumla ortaya çıkan CO2 ortamda bulunan  KOH ve Ba(OH)2 tarafından yok edildiği için  fotosentez yapılamaz.         

 
DENEY 5:Fotosentezde O2 açığa çıkar
Deney tüpü içinde birikerek kibrit alevinde parlayan gaz O2 olduğu anlaşılır

 
 DENEY 6:Fotosentezde klorofil gerekliliği
Sardunya yaprağı 7-8 saat gün ışığı  aldıktan sonra   klorofilleri saydamlaştırılarak  lügolle boyandığında sadece önceden yeşil olan kısımlarının mavi-mor renge  boyandığı görülür.Klorofil taşıyan yeşil bölgelerde gerçekleşen fotosentezle nişasta  sentezlenmiştir

 
DENEY  7:Fotosentez için ışık gereklidir
Saksı çiçeğinin bir yaprağının yarısı ışık geçirmeyen nesne ile kapatılarak 7-8 saat ışıkta tutulur daha sonra bitkiden kesilerek saydamlaştırılır ve üzerine lügol dökülür renk değişimi gözlenir. Sonuçta açık kalan bölgenin mavi-mor renge boyandığını kapalı kısmın ise boyanmadığını görürüz
 
 DENEY  8:Fotosentezde organik madde (Nişasta) sentezlenir
Saksı çiçeğinin bir yaprağının yarısı ışık geçirmeyen nesne ile kapatılarak 7-8 saat ışıkta tutulur daha sonra bitkiden kesilerek saydamlaştırılır ve üzerine lügol dökülür renk değişimi gözlenir. Sonuçta açık kalan bölgenin fotosentez sonunda nişasta sentezlediği için mavi-mor renge boyandığını kapalı kısmın ise boyanmadığını görürüz bu durum burada fotosentez gerçekleşmediği ve nişasta sentezlenmediğini gösterir.