Canlılarda Enerji Dönüşümü: Fotosentez
Fotosentez, ototrofların klorofil pigmenti ve ışık enerjisi ile organik madde sentezlemesidir. Fotosentez yapan canlı kendi besinini kendisi üretir (ototrof). Fotosentez tepkimeleri ökaryot canlılarda kloroplast organelinde, prokaryot canlılarda ise sitoplazmaya dağılmış olan klorofil pigmentlerinde gerçekleşir.
Bitkilerde görülen genel bir fotosentez tepkimesi “6CO2 + 12H2O —> C6H12O6 + 6O2 + 6H2O” şeklindedir. Buradaki suları isterseniz sadeleştirip “6CO2 + 6H2O —> C6H12O6 + 6O2” şeklinde de tepkimeyi yazabilirsiniz.
Fotosentez ve Hidrojen Kaynağı Keşfi
1900’lü yıllara kadar, bilim dünyası fotosentezde üretilen oksijenin karbon dioksit molekülünden geldiğini düşünüyordu. Ancak 1930’larda Cornelius Bernardus Van Niel, havadaki karbon dioksiti kullanarak kendi besinini üreten ancak oksijen üretmeyen bakterileri incelemeye başladı. Bu araştırma, fotosentez tepkimelerinde açığa çıkan oksijenin kaynağının su molekülü olduğu önemli bir keşfi ortaya çıkardı.
Van Niel’in çalışmaları, fotosentezde hidrojenin gerekli olduğunu ve bu ihtiyacın H2O, H2 ve H2S gibi moleküllerden karşılandığını gösterdi. Yani, bazı canlılar aşağıdaki tepkimeleri gerçekleştirir:
Bu keşif, fotosentez mekanizmasının daha iyi anlaşılmasına ve bitkilerin enerji üretme sürecinin temelini oluşturan suyun ayrıştırılması sırasında oksijenin açığa çıkmasının anlaşılmasına katkı sağlamıştır.
- nCO2 + 2nH2S —> (CH2O)n + 2nS (Fotosentetik bakteriler)
- nCO2 + nH2O —> (CH2O)n + nO2 (Bitkiler, öglena ve siyanobakteriler)
- nCO2 + 2nH2 —> (CH2O)n + 2nH2O (Fotosentetik bakteriler)
Fotosentezin Gerçekleştiği Yapılar
Fotosentezin Gerçekleştiği Yapılar: Kloroplast
Fotosentez, ökaryot canlılarda özel bir organel olan kloroplastlarda gerçekleşir. Bu organel, bitkilere yeşil rengini veren klorofil pigmentini içerir. Klorofil pigmenti ökaryot hücrelerde kloroplastlarda bulunurken, prokaryot hücrelerde sitoplazmada dağılmış şekilde bulunabilir, bu sayede prokaryot canlılar da fotosentez yapabilir.
Kloroplastın yapısı çift katlı ve seçici geçirgen zarlarla çevrilidir. İç kısmı stroma adı verilen sıvı ile doludur. Stromada, DNA, RNA, ribozom ve fotosentez için gerekli enzimler bulunur. Fotosentez sonucu üretilen glikoz molekülleri geçici olarak kloroplastlarda depolanır. Kloroplastlar, stromada yer alan DNA, RNA ve ribozomlar aracılığıyla metabolik işlevler için gerekli olan proteinleri üretebilir ve çekirdek kontrolünde kendilerini eşleyerek sayılarını artırabilirler.
Stroma içinde, tilakoit adı verilen özel bir zar sistemi bulunur. Bazı bölgelerde tilakoitler, sütun halinde üst üste gelerek granum adı verilen yapıyı oluşturur. Granumlar, ara lamellerle birbirine tutunarak Güneş ışığının daha fazla emilmesini sağlayan granaları meydana getirir. Bu kompleks yapılar, fotosentezin verimli bir şekilde gerçekleşmesine katkı sağlar.
Fotosistem ve Fotosentezdeki Rolü
Fotosistem, tilakoit zarının içinde düzenlenmiş birimlerdir ve ışığı emen pigmentler, proteinler, ilk elektron alıcısı ve diğer moleküller içerir. Fotosistemler, ışığın emildiği ve elektron hareketleriyle enerji transferi yapılan birimlerdir.
Her fotosistemde iki temel bileşen bulunur: Anten Kompleksi ve Tepkime Merkezi.
- Anten Kompleksi: Anten kompleksi, çok sayıda klorofil ve karotenoid pigmentlerini içerir. Bu pigmentler ışığı toplar ve tepkime merkezine ileterek enerji transferini gerçekleştirir.
- Tepkime Merkezi: Tepkime merkezi, klorofil a ve ilk elektron alıcısını içerir. Fotosistemdeki ışığın enerjisi tepkime merkezine ulaştığında, bu enerjiyi kullanarak klorofil a’dan bir elektron koparılır ve bu elektron özel bir molekül olan ilk elektron alıcısı tarafından yakalanır.
Fotosentezin ışığa bağımlı tepkimelerinde iki farklı fotosistem çeşidi bulunmaktadır: Fotosistem-1 ve Fotosistem-2. Temel fark, bu fotosistemlerin soğurdukları ışıkların dalga boylarındadır. Fotosistem-1, 700 nm dalga boylarındaki ışığı en iyi şekilde soğururken, Fotosistem-2 680 nm dalga boyundaki ışığı en iyi şekilde soğurur. Fotosistemlere düşen ışık, anten kompleksindeki pigmentler aracılığıyla tepkime merkezine ulaşır. Tepkime merkezine vardığında, klorofil a’dan bir elektron koparılır ve bu elektron, ilk elektron alıcısı ile etkileşime girer.