Fotosentez

Güneş ışığı altına çıkan bir kişinin zamanla ısınması, koyu renkli eşyaların güneş ışığını emerek ısınması, güneş ışığı gören metalin zamanla ısınması gibi olaylar güneş ışığının yapısında, enerji bulunduğunu ispatlar. Güneş enerjisi, ışıma şeklinde özel bir taşıma yöntemini kullanarak yeryüzüne ulaşır. Güneş ışığı, güneş enerjisinin biçim değiştirmiş özel bir şeklidir.

Görülebilen güneş ışığı, 6 farklı renkteki ışığın karışımı sonucu oluşur. Bu nedenle eşya ve cisimler güneş ışığının bazı renklerini tutarken, bazı renklerini geri yansıtırlar Maddeler, güneş ışığının hangi rengini yansıtırlarsa o renkte görünürler.

Tüm renkleri tutan maddeler siyah, tüm renkleri yansıtan maddeler ise beyaz renkli olarak görünürler. Güneş ışığındaki enerji yeşil bitkiler tarafından emilerek enerjice zengin organik bileşiklerin sentezinde kullanılır.

Klorofîlli Canlıların Güneş Enerjisini Dönüştürmesi

Güneş ışığının yapısındaki enerjiyi hiçbir canlı türü doğrudan metabolizmasında kullanamaz. Bu nedenle canlılar, güneş enerjisini ancak faydalanabilecekleri başka bir enerji ne dönüştürerek hücrelerinde kullanırlar.

Güneş ışığının emilmesinde ve dönüşümünün sağlanmasında klorofil pigmentleri görev yaparlar. Bitkilerin yaprak ve genç dalları ile bazı canlılarda bulunan klorofil pigmenti güneş ışığını emerek yeşil ışığın büyük bir kısmını yansıtırlar.

Klorofiller güneş ışığını bir seri reaksiyonla besin sentezinde kullanır. Böylece, güneş ışığındaki enerjinin bir kısmının besinlerin yapısında depolanması sağlanır.

Bundan dolayı da, klorofil taşıyan yapı ve organlar ”yeşil renkli” olarak görülürler. Çok sayıda klorofil pigmenti, kloroplast organelleri içerisinde bulunur. Bitkilerde, en çok kloroplast içeren organlar yapraklardır.

Klorofilin soğurduğu (emdiği) güneş enerjisi bir takım reaksiyonlar sonucu özel ATP moleküllerinin oluşmasında kullanılır. ATP moleküllerinin yapısında yüksek enerjili kimyasal bağlar bulunur. Daha sonra kloroplastlardaki bu ATP’ler inorganik maddelerden organik besin sentezlemesinde kullanılır. Klorofilli canlıların güneş enerjisini kullanarak karbondioksit ve sudan organik besin sentezlemelerine “fotosentez” denir. Fotosentez olayının temelinde güneş enerjisinin kimyasal bağ enerjisine çevrilmesi vardır.

Fotosentez güneş enerjisinin kullanılmasından dolayı sadece gündüzleri gerçekleşir. Fotosentezde kullanılan su molekülleri kökler tarafından topraktan alınırken, karbondioksit moleküllerinin bir kısmı yaprak hücrelerinden bir kısmı da gözeneklerle dış ortamdan hazır olarak alınır. Fotosentezin gerçekleşmesi ve devamlılığının sağlanması için kloroplastlara su, karbondioksit ve ışığın ulaşması gereklidir.

Fotosentez reaksiyonlarının gerçekleşmesi sırasında dışarıdan alınan karbondioksitlerdeki “karbon” ve “oksijen” atomlarıyla, sudaki “hidrojen” atomları glikozun yapısına katılırlar. Güneş ışığında emilen enerji karbon, hidrojen ve oksijen atomlarının kimyasal bağlarla birleştirilmesinde kullanılır. Fotosentez sonucu oluşan besinlerin yapısında kimyasal bağ enerjisi bulunur. Su moleküllerinin yapısındaki oksijenler ise oksijen gazı şeklinde dışarıya verilir.

Fotosentez yapılmasını kloroplast organelleri sağladığı için, bitkilerin kloroplast taşıyan hücrelerinde gerçekleşebilir. Fotosentezin en çok yapıldığı yer yapraklardır. Kloroplast taşımayan kök, gövde gibi kısımlar fotosentez yapamazlar.

Fotosentez reaksiyonları sonucu ilk önce glikoz şekeri oluşur. Glikozun ihtiyaç kadarı yaprak hücrelerinde tüketilirken, bir kısmı yedek besin olarak nişastaya dönüştürülerek depolanır ve büyük bir kısmı da iletim damarlarıyla (soymuk boruları) gövde ve kök hücrelerine gönderilir.

Yapraklardan organlara iletilen glikozun büyük bir kısmı hücrelerde nişasta ve selüloz sentezinde kullanılır. Selüloz hücre duvarının yapısına katılırken nişasta daha sonra kullanılmak üzere lökoplast organellerinde depolanır. Yine bu olay sonucu oluşan oksijenin bir kısmı yaprak hücrelerindeki hücresel solunumda tüketilirken büyük kısmı da yaprak gözeneklerinden dış ortama atılır.

Fotosentez sonucu oluşan glikoz molekülleri bitki hücrelerindeki bütün organik moleküllerin (yağ, protein, vitamin, nükleik asit, ATP, enzim, klorofil, selüloz gibi) yapımında kullanılır. Bitkiler; glikozdan protein yapıtaşlarını oluşturmak için azot tuzlarını, klorofil oluşturmak için magnezyum minerallerini, nükleik asit oluşturmak içinde fosfat tuzlarını kullanırlar.

Fotosentezi Etkileyen Faktörler

Fotosentezi çevresel faktörler ve kalıtsal faktörler etkiler.

1. Çevresel Faktörler (Dış Faktörler)

Işık Şiddeti

Işık şiddeti arttıkça fotosentez hızı da bir süre artar, ancak ışık şiddeti belirli bir değeri geçince, fotosentez hızı sabit kalır değişmez.

Işığın Rengi

Beyaz ışığın renklerine bağlı olarak fotosentezin hızı değişir. Mor renkten kırmızı renge doğru ışınların enerjisi azalır. Ancak fotosentezin hızı ışığın enerjisi ile orantılı değil, klorofil moleküllerinin ışığı emmesiyle ilgilidir. Klorofiller yeşil ışığı yansıttığı için yeşil ışıkta fotosentez hızı en düşüktür. Fotosentez mavi, mor ve kırmızı ışıkta hızlıdır.

Karbondioksit Miktarı

Karbondioksit miktarı arttığında fotosentez hızı da belirli bir değere kadar artar, ancak karbondioksit miktarı belirli bir değeri geçince fotosentez hızı sabit kalır.

Ayrıca ortamda kalsiyum hidroksit (Ca(OH)₂) ve potasyum hidroksit (KOH) gibi bileşikler bulunuyorsa, bu bileşikler karbondioksiti tutacağından fotosentezi olumsuz etkiler.

Karbondioksit ve ışığın etkisi birlikte incelenirse farklı bir durum görülür. Düşük karbon dioksit yoğunluğunda fotosentezin hızını yalnız karbondioksit belirler.

Yüksek karbondioksit yoğunluğunda ise fotosentezin hızı ışık şiddetine göre değişir. Dolayısıyla miktarı az olan faktör fotosentez hızını belirler.

Sıcaklık

Sıcaklık artışıyla, düşük ışık şiddetinde fotosentez hızında değişiklik görülmez. Ancak yüksek ışık şiddetinde sıcaklığın artması fotosentezin hızını artırır.

Mineral Tuzları

Bitkilerin fotosentez sonucu sentezlediği glikoz, bitki hücrelerinde bütün organik moleküllerin yapımı için kullanılır. Bitkinin bu molekülleri oluşturabilmesi için minerallere ihtiyacı vardır.

Bunları topraktan alınan mineral tuzlardan karşılar. Örneğin proteinleri oluşturmak için azot tuzlarına, nükleotitleri oluşturmak için fosfat tuzlarına, klorofili oluşturmak için magnezyum tuzlarına ihtiyacı vardır.

2. Kalıtsal Faktörler (İç Faktörler)

Kloroplast Sayısı

Bitki hücrelerindeki kloroplast sayısı arttıkça fotosentez hızı artar. Yaprağı koyu yeşil olan bitkilerde kloroplast sayısı fazla, açık yeşil olan bitkilerde ise kloroplast sayısı azdır.

Hücrelerdeki Su Miktarı

Fotosentezin ham maddelerinden biri sudur. Fotosentezin gerçekleşebilmesi için belirli bir su derişimi gerekir. Bir bitkinin hücrelerindeki su derişimi yaklaşık olarak %18’in altına düşerse fotosentez durur.

Yaprak Genişliği ve Sayısı

Yeşil bitkilerin yaprak yüzeyi ne kadar geniş olursa, ışıktan yararlanma oranı da o kadar fazla olur. Benzer şekilde yaprak sayısı arttıkça fotosentez hızı da artar.

Stomaların Yapısı ve Sayısı

Bir bitkinin yaprağındaki stoma (gözenek) sayısı ne kadar fazla ise, bitki karbondioksitten o kadar fazla yararlanacağından fotosentez hızı da artar. Stomaların yapraktaki dağılışı, açık ya da kapalı olması fotosentez hızını etkiler.

Kütikula Kalınlığı

Yaprak yüzeyindeki koruyucu tabakaya kütikula denir. Kütikulanın kalınlığı arttıkça su kaybı azalacağından fotosentez hızı da değişir.

Enzim Miktarı

Fotosentez gerçekleşirken görev alan enzimler ne kadar fazla olursa fotosentez hızı da o kadar fazla olur.