FOTOSENTEZ

1
Mustafa ayar Biyoloji Öğretmeni – Uzman Öğretmen
FOTOSENTEZ
*Fotosentez:
→Klorofilli canlıların, ışık enerjisini kullanarak; inorganik
maddelerden organik besin sentezlemesine fotosentez denir.
1. Fotosentez , güneş enerjisini, besin içindeki saklı
kimyasal bağ enerjisine çeviren olaydır.
2.Fotosentez sonucu oluşan besin ve oksijeni insanlar,
hayvanlar ve diğer klorofil taşımayan canlılar kullanır.
3.Fotosentez aynı zamanda atmosferdeki gaz oranlarının
korunması açısından da ayrı bir önem taşır.
4.Fotosentezi gerçekleştiren canlılar




Yeşil bitkiler,
mavi-yeşil algler,
Fotosentetik bakteriler, (mor bakteriler),
Öglena ve diğer alglerdir.
→Bitkiler sayesinde kullanılabilir biçime dönüşen ışık enerjisi,
kimyasal bağ enerjisi şeklinde besin zinciri yoluyla
Heterotrof canlılara aktarılır.
→Fotosentez hem bir enerji dönüşümü,
hem de madde dönüşümüdür.
→Atmosferdeki oksijenin temel kaynağı alglerdir.
Yaz-kış sürekli fotosentez yaparlar.
Bitkilerin çoğu kışın yapraklarını döker.
→Mantarlar ile bitkilerin klorofil taşımayan
kök ve odunsu gövde kısımları fotosentez yapamazlar.
→Bitkilerin yaprak ve otsu gövdelerinde
fotosentez olayı en iyi şekilde gerçekleşir.
→Bütün canlılar için en önemli olan fotosentez çeşidi
oksijen açığa çıkaran fotosentezdir.
Bu da yeşil bitkiler ve algler tarafından gerçekleştirilir.
→Dünyada yaşayan her canlı varlık besin
ve oksijen için fotosenteze bağımlıdır.
→Fotosentez aynı zamanda atmosferdeki gaz
oranlarının korunması açısından da önem taşır.
2
Mustafa ayar Biyoloji Öğretmeni – Uzman Öğretmen
→Her 200 senede bir, atmosferdeki her bir CO2 molekülü
bir bitkiye girmekte ve her 2000 senede bir,
atmosferdeki oksijen bitkiler tarafından yenilenmektedir.
IŞIK ENERJİSİ
→Işık, elektromanyetik dalgalar halinde yayılan bir ışınımdır.
→Işık saydam cisimlerin içinden geçer ancak
katı cisimlere çarpar ve yansıyabilir.
→Açık renkli yüzeyler ışığın çoğunu yansıtırken,
koyu renkli yüzeyler ışığın çoğunu soğurarak (emerek),
azını yansıtırlar.
→Doğada gördüğümüz ya da göremediğimiz farklı dalga
boylarına sahip ışınlar vardır.
→Işığın dalga boyuna göre sıralanması ve dağılımına
elektromanyetik spektrum (tayf) denir.
→Bu sıralamada gama ve kozmik ışınlar gibi
kısa dalga boylu olanlardan,
radyo dalgaları gibi uzun dalga boylu olanlarına kadar
çeşitli dalga boyları bulunur.
→Spektrumda, insan tarafından görülebilen ışığın
dalga boyları 3900 °A ve 7600 °A arasında değişir.
→Görebildiğimiz ışık bandı
mor, mavi, yeşil, sarı, turuncu ve kırmızı ışıktan oluşur.
→En uzun dalga boylu olan kırmızı, en kısa dalga boylu olan ise mordur.
→Kısa dalga boylu olan ışınlar daha fazla enerjiye sahiptir.
3
Mustafa ayar Biyoloji Öğretmeni – Uzman Öğretmen
*Fotosentez:
→Klorofilli canlıların, ışık enerjisini kullanarak; inorganik
maddelerden organik besin sentezlemesine fotosentez denir.
Fotosentezi gerçekleştiren canlılar




Yeşil bitkiler,
mavi-yeşil algler,
Fotosentetik bakteriler, (mor bakteriler),
Öglena ve diğer alglerdir.
→Bazı bakteriler, fotosentezde hidrojen ve
elektron kaynağı olarak; H2O yerine H2S molekülünü kullanırlar.
→Bu bakteriler O2 gazı açığa çıkarmazlar.
→Bunun yerine S2 gazı açığa çıkarırlar.
→Bazı bakteriler de H2O yerine H2 molekülünü kullanırlar.
→Bu bakteriler ise yan ürün olarak herhangi bir gaz açığa çıkarmazlar.
Bitki fotosentezi ile bakteri fotosentezi arasındaki ortak özellikler
-Klorofil
-Işık
-CO2 kullanımı
-Organik madde sentezi
4
Mustafa ayar Biyoloji Öğretmeni – Uzman Öğretmen
→Fotosentez reaksiyonlarında klorofil molekülü kullanılır.
→Klorofil, bitkilere yeşil rengini verir.
→Klorofilin yapısında: C, H, O, N ve Mg atomları bulunur.
→Klorofilin sentezlenebilmesi için ara tepkimelerde
demir (Fe) iyonları gereklidir.
→Bakterilerde ve arkelerde klorofil molekülü
sitoplazmada bulunur.
→Bitkilerde, öglenada ve alglerde ise klorofil molekülü
kloroplast organelinde bulunur.
Kloroplastın yapısı:
Fotosentez reaksiyonları;
1- Işık Reaksiyonları
2- Karanlık Reaksiyonları
olmak üzere iki aşamada gerçekleşir.
→Işık reaksiyonları kloroplastın Granasında gerçekleşir.
→karanlık reaksiyonlar Stromasında gerçekleşir.
5
Mustafa ayar Biyoloji Öğretmeni – Uzman Öğretmen
1- Işık Reaksiyonları:
→Işık reaksiyonların gerçekleşmesi için
ışık doğrudan gereklidir.
→Bu reaksiyonlarının temel amacı:
ATP ve NADPH2 üretmektir.
→Işık reaksiyonlarında klorofil, hem elektron vericisi
hem de elektron alıcısı olarak görev alır.
→ Çok koenzimler kullanıldığından;
sıcaklık değişimlerinden çok fazla etkilenmez.
→Işık reaksiyonları;
1- Devirsiz Fotofosforilasyon
2- Devirli Fotofosforilasyon
olmak üzere iki aşamada gerçekleşir.
6
Mustafa ayar Biyoloji Öğretmeni – Uzman Öğretmen
►Devirsiz fotofosforilasyon:
→Bu reaksiyonlarda; klorofilden ayrılan elektronlar,
aynı klorofile tekrar geri dönmez.
→Bu reaksiyonların merkezinde,
klorofil-a molekülün bulunduğu;
iki farklı fotosistem görev yapar.
→Bunlar; fotosistem 680 ve fotosistem 700' dür.
→Fotosistem 680' de bulunan klorofil,
ışık enerjisinin etkisiyle 4 elektron fırlatır.
7
Mustafa ayar Biyoloji Öğretmeni – Uzman Öğretmen
→Klorofil’ den ayrılan elektronlar, ilk elektron alıcısı
tarafından yakalanır ve fotosistem 700' e doğru aktarılır.
→Elektronlar ETS' de, sitokromdan-plastosiyanine
aktarılırken; 2 ATP sentezlenir.
→2 mol suyun fotolizi gerçekleşir.
→Suyun fotolizi sonucunda; 4 hidrojen iyonu,
4 elektron ve 1 O2 gazı açığa çıkar.
→Açığa çıkan 4 elektron, fotosistem 680' de bulunan
klorofile doğru aktarılır.
→Böylece fotosistem 680' de
bulunan klorofilin kaybettiği elektronlar, sudan karşılanmış olur.
→Fotosistem 700' de bulunan klorofil, ışık enerjisinin etkisiyle 4 elektron fırlatır.
→Klorofil’ den ayrılan elektronlar, ferrodoksinden geçerek; 2NADP molekülüne
aktarılır.
→Suyun fotolizi sonucu açığa çıkan 4 H+ iyonu,
2NADP tarafından yakalanır ve 2NADPH2 oluşur.
→Böylece devirsiz foto fosforilasyonda:
2 ATP, 2 NADPH2 sentezlenir ve O2 gazı açığa çıkar.
Devirli fotofosforilasyon:
8
Mustafa ayar Biyoloji Öğretmeni – Uzman Öğretmen
→Bu reaksiyonlarda; klorofilden ayrılan elektronlar,
aynı klorofile tekrar geri döner.
→Bu reaksiyonların merkezinde, klorofil-a molekülün
bulunduğu fotosistem 700 görev alır.
→Fotosistem 700' de bulunan klorofil,
ışık enerjisinin etkisiyle elektron fırlatır.
→Klorofilden ayrılan elektron, ilk elektron alıcısı tarafından
yakalanır ve ferrodoksine doğru gönderilir.
→Elektron sırasıyla; plastokinon, sitokrom ve
plastosiyaninden geçerek aynı klorofile geri döner.
→Elektron ETS' de, sitokromdan-plastosiyanine
aktarılırken, ATP sentezi gerçekleşir.
→Böylece devirli foto fosforilasyonda,
1 ATP sentezlenmiş olur.
9
Mustafa ayar Biyoloji Öğretmeni – Uzman Öğretmen
***Karanlık reaksiyonlar ( Calvin çemberi – Döngüsü ):
→Bu reaksiyonlarının gerçekleşmesi için,
ışık doğrudan gerekli değildir.
→Bu reaksiyonlar, enzimler kontrolünde
gerçekleştiğinden; sıcaklık değişimlerinden çok etkilenir.
→5C’ lu riboloz difosfat, atmosferin CO2’ sini yakalar
ve 6C’ lu kararsız ara bileşik oluşur.
→Kararsız ara bileşik, 2 mol fosfogliserik aside (PGA) parçalanır.
→2 ATP kullanılarak; 2 PGA molekülü,
2 mol difosfogliserikaside (DPGA) dönüşür.
→2NADPH2’ nin hidrojenleri kullanılarak; 2DPGA molekülü,
2 mol fosfogliser aldehite (PGAL) dönüşür.
→2 PGAL molekülü, bileşerek früktoz difosfat bileşiğini oluşturur.
→Früktoz difosfat, fosfat gruplarını kaybeder ve glikoza dönüşür.
→İkinci bir CO2 molekülü bağlamak için, kullanılan
riboloz di fosfat molekülünün tekrar sentezlenmesi gerekir.
→Bunun için, üretilen PGAL moleküllerinin bir kısmı kullanılarak;
riboloz mono fosfat sentezlenir.
→1 ATP kullanılak; riboloz monofosfat,
riboloz di fosfat bileşiğine dönüşür.
10
Mustafa ayar Biyoloji Öğretmeni – Uzman Öğretmen
Not:
→1 mol CO2’ nin bağlanması için,
3 ATP ve 2 NADPH2 gereklidir.
→1 mol glikozun sentezlenmesi için;
3 ATP x 6 = 18 ATP
2 NADPH2 x 6 = 12 NADPH2
gereklidir.
→1 mol glikozun sentezlenmesi için, ışık ve karanlık reaksiyonların 6
kez tekrarlanması gerekir.
→Karanlık reaksiyonların, 6 kez tekrarlanması sonucunda 12 PGAL üretilir.
→Bunlardan; 2 PGAL glikoz sentezinde kullanılır.
→10 PGAL ise riboloz di fosfat sentezinde kullanılır.
→Fotosentezin ışık reaksiyonlarında,12 H2O harcanır.
→Karanlık reaksiyonlarda ise 6 H2O açığa çıkar.
→Bu nedenle fotosentez için 6 net H2O gereklidir.
Not:
→Karanlık reaksiyonlarda sadece glikoz üretilmez.
→Aynı zamanda; vitamin ve diğer organik bileşiklerin
monomerleri de üretilir.
11
Mustafa ayar Biyoloji Öğretmeni – Uzman Öğretmen
-Atmosferden CO2 tutulmasını Ribulazdifosfat sağlar.
-Bir molekül glikozun oluşabilmesi için 6CO2,
18ATP ve 12NADH2 kullanılır. 12PGAL oluşur.
Bunun 2 molekülü Fruktoz difosfatı oluşturur.
10 molekül PGAL ise 6 tane 5 C’lu Ribuloz fosfatı meydana getirir.
-Bir glikoz molekülünün sentezlenebilmesi için 6CO2 molekülünün
indirgenmesi gerekir. Bunun içinde ışıklı devreden 18 ATP ve 12
NADPH2’nin gelmesi gerekir.
-Glikozun karbon kaynağı CO2, hidrojen kaynağı ise NADPH2’dir.
12
Mustafa ayar Biyoloji Öğretmeni – Uzman Öğretmen
*Fotosentezde kemiosmotik hipotez:
→Fotosentezde ışık reaksiyonları gerçekleşirken;
elektronların tillakoid zarlardan geçişi sırasında,
stromadaki H+ iyonları, tillakoid zarlar arasındaki
boşluğa doğru pompalanır.
→Aynı zamanda, suyun fotolizi sonucu oluşan
H+ iyonları da, tillakoid zar arasındaki boşlukta biriktirilir.
→Tillakoid boşluktaki H+ iyonlarının miktarının artması
sonucunda, tillakoid zarının iç kısmı pozitif (+),
dış kısmı ise negatif (-) yüklenir.
→Böylece zarın, iç ile dış kısmı arasında;
osmotik, elektrostatik ve pH potansiyel farkı oluşur.
→Bu potansiyel fark, ATP sentezinde görev alan
bir pil gibi görev yapar.
→Tillakoid boşlukta bulunan H+ iyonları,
özel proteinler ile stroma sıvısına tekrar geri gönderilir.
→H+ iyonlarının stroma sıvısına geçişi sırasında,
ATP sentaz enzimin yardımıyla ATP sentezlenir.
13
Mustafa ayar Biyoloji Öğretmeni – Uzman Öğretmen
*Fotosentezde işaretli moleküllerin izlediği yol:
→Fotosentezde, karbon ve oksijeni işaretli CO2 ile normal hidrojen ve
oksijen taşıyan H2O kullanıldığında;
bu atomların, hangi moleküllerin yapısına katıldığını gözlemleyebiliriz.
→İşaretli CO2’ nin, karbon ve oksijeni, glikozun (C6H12O6) yapısına
katılır.
→Normal atom taşıyan H2O ’ nun hidrojenleri, glikozun yapısına katılır.
→Oksijeni ise O2 gazı olarak serbest kalır.
Not:
→İşaretli karbon, ağır karbon atomunu ifade eder.
→İşaretli oksijen, ağır oksijen atomunu ifade eder.
→Normal hidrojen, hafif hidrojen atomunu ifade eder.
→Normal oksijen, hafif oksijen atomunu ifade eder.