Fotosentezin Yapısal Temelleri

Fotosentezin Yapısal Temelleri

Fotosentez sırasında Güneş’in ışık enerjisi yakalanmakta ve bu enerji yardımıyla glikoz ve diğer organik maddeler sentezlenmektedir. Fotosentez basit bir kimyasal denklemle gösterilebilse de aslında oldukça karmaşık biyokimyasal olaylar sonucunda gerçekleşir. Fotosentezi anlayabilmek için öncelikle fotosentezin gerçekleşmesini sağlayan kloroplastları, güneş ışığını ve pigmentleri daha yakından tanımak gerekir.

KLOROPLAST

Canlıların fotosentez yapabilme yeteneği yapısal özelliklerinden kaynaklanır. Bitki ve alg hücrelerinde fotosentez kloroplast adı verilen organellerde gerçekleşir. Kloroplastlar büyük miktarda klorofil pigmenti içerir ve bu sayede yeşil görünürler. Bir bitkinin bütün yeşil bölüm­leri kloroplast içerir ve fotosentez yapabilir. Ancak pek çok bitkide fotosentez esas olarak yap­raklarda gerçekleşir.

Yaprak, epidermis, iletim demetleri ve mezofil tabakası olmak üzere üç kısımdan oluşur.

Yaprağın alt ve üst yüzeyi tek sıralı hücrelerden oluşan epidermis dokusuyla örtülüdür. Epidermis dokusu kloroplast içermediği için renksizdir. Kloroplastlar yaprağın iç kısmındaki mezofil dokusun­da yer alır. Bir bitki mezofil hücresi ortalama 50-200 kloroplast içerir. Bir alg hücresinde ise tek bir kloroplast bulunabilir. Mezofil, palizat ve sünger parankimasından oluşur. Palizat parankiması hüc­relerinde sünger parankimasına göre daha fazla kloroplast bulunmaktadır.

Fotosentez için bitkiye gerekli olan su, kökler vasıtasıyla topraktan alınarak iletim demetle-riyle yaprağa taşınır. İletim demetleri aynı zamanda fotosentezle üretilen organik maddeleri yapraktan bitkinin diğer kısımlarına taşır. Karbondioksit gazı stoma (Yunanca ağız) adı verilen açıklıklardan mezofil dokusuna girer. Fotosentezde oluşan oksijen de yine stoma açıklıkların­dan dışarı verilir. Yaprağın alt epidermisinde yerleşmiş olan stomalar açılıp kapanarak bitkiye gaz giriş çıkışını düzenler.

yapragin_bolumleri

Kloroplastlar ortalama 2-8 um çapında ve çift zarla çevrili olan yapılardır (Şekil 1.8). Seçici geçirgen yapıda olan zarlar kloroplast ile çevresi arasındaki madde alışverişini düzenler. İç ve dış zar arasında kalan dar bölmeye zarlar arası bölge adı verilir. İç zar stroma adı verilen yoğun bir sıvıyı çevreler. Stroma kloroplastın temel maddesidir.

Stroma içerisinde tilakoit adı verilen üçüncü bir zar sistemi bulunur. Tilakoitler disk şeklinde ve içi sıvı dolu kapalı bölmelerdir. Tilakoit zarla çevrili olan bu bölmelerin iç kısmı tilakoit boşluk (lümen) olarak adlandırılır. Tilakoit zar, tilakoit boşluğu stromadan ayırır. Çok sayıda disk şeklin­de tilakoit üst üste yığılarak grana (tekil=granum) adı verilen yapıları oluşturur. Granalar ipliksi stroma tilakoitleri olarak da adlandırılan ara lameller vasıtasıyla birbirleriyle bağlantı halinde­dir. Kloroplast içerisindeki bu yapılar fotosentezi gerçekleştiren karmaşık kimyasal reaksiyonları organize ederler. Bu reaksiyonların bir kısmı tilakoit zarda, bir kısmı da stromada gerçekleşir.

Işık enerjisini yakalayan ve kimyasal enerjiye dönüştüren sistemler tilakoit zara yerleşmişler­dir. Bunlar çeşitli pigmentlerden, enzimlerden ve elektron taşımak üzere özelleşmiş proteinler­den eskisehir escort oluşur. Havadaki CO2‘in bağlanarak glikoz sentezlenmesi işlemi kloroplastların stromasında gerçekleşir. Stroma bunun için gerekli enzimlerin yanı sıra DNA, ribozom, yağ damlacıkları ve nişasta taneleri içerir. Kloroplastlar yapılarındaki DNA sayesinde ihtiyaç duydukları proteinleri sentezleyebilir ve kendi kendilerine çoğalabilirler.

Fotosentezle üretilen şeker molekülleri kloroplastın stromasında geçici olarak nişasta hâlin­de depolanır ve daha sonra da sükroza dönüştürülerek bitkinin diğer bölümlerine taşınır.

kloroplastin_yapisi

GÜNEŞ IŞIĞI VE PİGMENTLER

Dünya’mız uzaydan bakıldığında mavi ve yeşil renkte görünür. Yeşilin doğada en çok bulu­nan renk olması bir rastlantı değildir. Doğaya yeşil rengini, güneş ışınlarını yakalayarak fotosen­tezin gerçekleşmesini sağlayan klorofil pigmenti verir.

Işık, bir elektromanyetik enerji biçimidir. Elektromanyetik ışıma (radyas­yon) olarak da adlandırılır. Elektromanyetik ışıma, elektrik ve manyetik alan­lardaki değişmelerden kaynaklanır ve ritmik dalgalar hâlinde yayılır. Tıpkı su dalgaları gibi elektromanyetik dalgaların da boyu ve frekansı (sıklık) vardır. Bir elektromanyetik dalganın birbirini takip eden iki tepe ya da çukur nok­tası arasındaki mesafeye dalga boyu denir. Güneş’ten gelen ışınların dalga boyları birbirinden farklıdır. Örneğin radyo dalgalarının dalga boyu 1 kilo­metreden daha uzun olabilirken gama ışınlarının dalga boyu 1 nanomet-reden (1nm = 10-9m) daha kısadır. Işınların dalga boylarına göre sıralanması ile elektromanyetik spektrum elde edilir (Şekil 1.9). Elektromanyetik spekt-rumun yaşam için en önemli bölümü 380-750 nm dalga boyu aralığıdır. Bu dalga boylarındaki ışınlar insan gözüyle algılanabildiklerinden görünür ışık olarak adlandırılırlar. Görünür ışık, insan gözü tarafından kırmızı, turuncu, sarı, yeşil, mavi ve mor renk olarak algılanır. Bunlar aynı zamanda fotosentezin gerçekleşmesini sağlayan ışınlardır. Güneş, elektromanyetik enerjinin bütün spektrumunu yayar. Ancak dünyanın atmosferi filtre işlevi görerek görünür ışığı geçirirken, diğer ışınların büyük bir kısmını tutar. Böylece X-ışınları ve UV-ışınları gibi canlılara zararlı olan ışınların yeryüzüne ulaşması da büyük oranda engellenmiş olur.

elektromanyetik_spekturum

 

Beyaz ışık, görünür ışığın bütün dalga boylarının karışımıdır. Beyaz ışık bir prizmadan geçirildiğinde dalga boylarına göre farklı açılarda kırılarak bile­şenlerine ayrılır. Bu olayı yağmurdan sonra oluşan gökkuşağında gözleyebi­liriz. Atmosferdeki su damlaları bir prizma işlevi görerek görünür ışığı bileşen renklerine ayırır.

Işığın bir enerji biçimi olduğunu belirtmiştik. Işık, foton adı verilen enerji paketlerinden oluşur. Her foton belirli miktarda enerji içerir ve ışık hızıyla ha­reket eder. Fotonun enerjisi ışığın dalga boyu ile ters orantılıdır. Dalga boyu azaldıkça fotonun enerjisi artar. Gama, röntgen ve UV ışınları gibi kısa dalga boyuna sahip ışınlardaki enerji miktarı o kadar fazladır ki canlı hücresine za­rar verebilir. Dalga boyu uzun olan kızılötesi ışınlar, mikrodalgalar ve radyo ışınları ise düşük enerjili olduklarından organizmalar için zararsız ışınlardır.

Işık bir cisimle karşılaştığında cismin içinden geçebilir, cisim tarafından yansıtılabilir ya da soğrulabilir. Görünür ışığı soğurabilen moleküllere pig­ment adı verilir.

Işık, enerji paketleri (fotonlar) hâlinde cisimlerin üzerine düşer. Işığın soğ-rulup soğrulmaması fotondaki enerji miktarına ve karşılaştığı molekülün kimyasal yapısına bağlıdır. Bunu şu şekilde açıklayabiliriz: Elektronlar atom çekirdeklerinin çevresinde belirli enerji düzeylerine karşılık gelen yörünge­lerde bulunurlar (Şekil 1.10). Bu enerji düzeylerini bir merdivenin basamak­larına benzetebiliriz. Foton bir pigment molekülüne çarptığında enerjisini pigment molekülünün bir elektronuna aktarabilir. Enerjisi artan elektron, bulunduğu enerji düzeyinden daha üstteki bir enerji düzeyine (basamağa) çıkar. Fakat bunun olabilmesi için fotondaki enerji miktarının tam olarak bu iki enerji düzeyi arasındaki farka eşit olması gerekir. Diğer bir deyişle mer­divenin daha üstteki basamaklarından birine çıkabilmek için ayağınızı tam olarak o basamağın hizasına kaldırmanız gerekir. Dolayısıyla sadece uygun miktarlarda enerji taşıyan fotonlar soğrulabilir. Bu enerji miktarları da her mo­lekül için farklıdır. Bu nedenle her pigment sadece belirli enerji miktarlarını (fotonları) soğurabilir. Bunların arasındaki enerjileri soğuramaz.

Fotonun enerjisi, ışığın dalga boyuna göre değiştiğinden her pigment belirli dalga boylarındaki ışığı soğurabilir. Diğer bir ifadeyle her pigmentin kendine özgü soğurma spektrumu vardır. Buna göre her pigment belirli dalga boylarındaki ışığı soğurur, diğerlerini ise yansıtır. Gözlerimiz pigment tarafından yansıtılan rengi görür (Şekil 1.11).

Organizmalarda çok çeşitli pigmentlere rastlanmakla birlikte yaprakta gerçekleşen fotosentezde iki çeşit pigment rol oynar. Bunlar klorofiller ve karotenoitlerdir. Klorofil görünür ışık spektrumunun mavi-mor ile kırmızı bölgelerindeki ışığı soğurur. Yeşil ışığı ise yansıtır. Böylece klorofili yeşil renk­te görürüz. Bitkilerde klorofil a ve b olarak bilinen iki çeşit klorofil bulunur. “Klorofil a” ışık enerjisinin kimyasal enerjiye dönüştürülmesinde doğrudan rol oynar. Bu nedenle fotosentez için en önemli pigmenttir. Klorofil a ve b ara­sında çok küçük bir yapısal farklılık vardır. Buna bağlı olarak bu iki pigment az da olsa farklı dalga boylarındaki ışığı soğurur. “Klorofil b”, soğurduğu ışık enerjisini “klorofil a” ya aktararak fotosenteze yardımcı olur.

Kloroplastlardaki diğer pigment grubu olan karotenoitlerin sarıdan tu­runcu ve kırmızıya kadar geniş bir renk aralığı vardır. Karotenoitler mor ile mavi-yeşil ışığı soğururlar. Dolayısıyla klorofillerin soğuramadığı dalga boy­larındaki ışınları da soğurarak fotosentezde kullanılan ışık spektrumunu ge­nişletirler. Karotenoitler soğurdukları ışık enerjisini “klorofil a” ya aktararak fotosenteze yardımcı olurlar. Bu pigmentler bitkinin özellikle çiçek ve meyve bölümlerinde bol miktarda bulunurlar. Karotenoitlere örnek ola­rak turuncu renkli karoten, sarı renkli ksantofil ve kırmızı renkli likopen verile­bilir. Bu pigmentler aynı zamanda klorofillere zarar verebilecek olan fazla ışığı soğururlar. Böylece bitkiyi ışığa karşı koruma işlevi de görürler.

Kloroplast pigmentlerinin soğurma spektrumları fotosentezde kullanılan dalga boyları hakkında bilgi verir. Çünkü sadece soğrulan ışık fotosentezde kullanılabilir. Etki spektrumu ise bu farklı dalga boylarındaki ışığın fotosentezde ne derece etkili olduğunu gösterir. Grafik 1.1 incelendiğinde fotosentezde en çok mavi-mor ve kırmızı ışığın etkili olduğu görülmektedir. Aynı zamanda etki spektrumu ile klorofilin soğurma spektrumu arasındaki benzerlik,klorofilin fotosentezin en önemli pigmenti olduğunu kanıtlamaktadır.

Theodore Engelmann (Teyodor Engılmın, 1843-1909) ışığın farklı dalga boylarının fotosenteze etkisini 1883 yılında alg ve bakterilerle yaptığı deneyle göstermiştir.Engelmann ipliksi bir yeşil algi, beyaz ışığı prizmadan geçirerek elde ettiği kırmızı, turuncu, sarı, yeşil, mavi ve mor renklerle ışıklandırmıştır.Fotosentezde ortaya çıkan oksijen miktarını saptamak için oksijenli ortamda yaşayabilen aerobik bir bakteri türü kullanmıştır. Deney sonucunda bakterilerin alg üzerinde en çok mor, mavi ve kırmızı ışığın düştüğü bölgelerde toplanması, bu bölgelerde daha fazla oksijen ortaya çıktığını ve dolayısıyla fotosentezin daha hızlı gerçekleştiğini göstermiştir.

 

Bir Cevap Yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir