Fotosentez Açıklandı: Bitkiler Güneş Işığını Kimyasal Enerjiye Nasıl Dönüştürür?

Fotosentez, ışık enerjisini şekerde depolanan kimyasal enerjiye dönüştüren biyolojik süreçtir. National Geographic Education'a göre bitkiler, oksijen ve şeker formunda enerji üretmek için güneş ışığı, su ve karbondioksit kullanır; karbondioksit ve suyu içeri alıp oksijen açığa çıkarırken enerjiyi glukoz moleküllerinde depolar.

Nerede gerçekleşir: kloroplastın içinde

National Geographic Education'a göre bu süreç, bitki ve alg hücrelerinde bulunan organeller olan kloroplastlarda gerçekleşir. bio.libretexts.org'daki biyoloji kaynaklarında tarif edildiği üzere kloroplastlar iki temel bölge içerir: ışığa bağlı reaksiyonların gerçekleştiği tilakoid zarlar ve Calvin döngüsünün ışıktan bağımsız reaksiyonlarının meydana geldiği sıvı alan olan stroma.

National Geographic Education, tilakoid zarlara dolu olan yeşil pigment klorofilin, esas olarak mavi ve kırmızı ışık dalga boylarından enerji emerken yeşil ışığı yansıttığını belirtiyor; çoğu yaprağın yeşil görünmesinin nedeni de bu.

Birinci aşama: ışığa bağlı reaksiyonlar

bio.libretexts.org'a göre tilakoid zarda, fotosistem II adı verilen bir yapıda klorofil tarafından emilen ışık enerjisi, su moleküllerini parçalamak için kullanılır. Bu parçalanma iki elektron, iki hidrojen atomu ve bir oksijen atomu açığa çıkarır; oksijen bir yan ürün olarak serbest kalır ve bitkilerin saldığı oksijenin kaynağı budur.

bio.libretexts.org'a göre serbest kalan elektronlar, bir elektron taşıma zinciri boyunca fotosistem II'den sitokrom b6f adlı bir kompleks aracılığıyla fotosistem I'e doğru hareket eder; yol boyunca enerji kaybeder ve fotosistem I'de emilen ışıkla yeniden enerjilenir. Elektronlar sitokrom b6f'den geçerken, hidrojen iyonları tilakoid zar boyunca pompalanarak bir konsantrasyon gradyanı oluşturur. Bu gradyan, ATP sentaz enziminin ADP'ye bir fosfat grubu ekleyerek ATP oluşturduğu kemiosmozu tetikler. Fotosistem I'de, yüksek enerjili elektronlar sonuçta NADP+'yi NADPH'ye dönüştürmek için kullanılır.

bio.libretexts.org tarafından özetlendiği üzere bu aşamanın net sonucu şu reaksiyondur: 2 H2O + 2 NADP+ + 3 ADP + 3 Pi → O2 + 2 NADPH + 3 ATP. Burada üretilen ATP ve NADPH, kimyasal enerjiyi ikinci aşamaya taşır.

İkinci aşama: Calvin döngüsü

bio.libretexts.org'a göre Calvin döngüsü stromada gerçekleşir ve doğrudan ışığa ihtiyaç duymaz. Üç aşamada işler. Birincisi, karbon sabitlenmesinde, RuBisCO enzimi karbondioksiti RuBP adlı beş karbonlu bir molekülle birleştirerek sabitlenen her CO2 için iki molekül 3-fosfogliserik asit (3-PGA) üretir.

İkincisi, indirgenmede, ışığa bağlı reaksiyonlar sırasında üretilen ATP ve NADPH, 3-PGA'yı bitkilerin glukoz ve diğer karbonhidratları yapmak için kullandığı yapı taşı olan gliseraldehit 3-fosfata (G3P) dönüştürür. bio.libretexts.org'a göre üçüncüsü, yenilenmede, üretilen G3P'nin büyük kısmı, döngünün sürebilmesi için ek ATP kullanılarak RuBP'yi yeniden oluşturmak amacıyla kullanılır.

bio.libretexts.org'a göre bir molekül G3P üretmek, üç molekül CO2, dokuz molekül ATP ve altı molekül NADPH tüketerek döngünün üç turunu gerektirir; bir molekül glukoz oluşturmak ise döngünün altı turunu gerektirir.

Fotosentezin bitkinin ötesindeki önemi

National Geographic Education, Dünya'daki yaşamın büyük kısmının fotosenteze bağlı olduğunu belirtiyor: otobur hayvanlar bitkileri yiyerek enerji alır, etobur hayvanlar ise otoburları yiyerek bu enerjiyi dolaylı olarak elde eder; bu da fotosentezi çoğu besin zincirine enerjinin giriş noktası yapar. Süreç ayrıca atmosferik oksijenin başlıca kaynağıdır.

Kara bitkileri, gezegenin oksijen kaynağı açısından önemli olan tek fotosentez yapan canlılar değildir. NOAA'nın Ulusal Okyanus Servisi'ne göre Dünya'nın oksijeninin kabaca yarısı okyanustan, fotosentez yapabilen sürüklenen bitkiler, algler ve bazı bakterilerden oluşan fitoplanktonlar tarafından üretilir. NOAA, Dünya'daki en küçük fotosentetik organizma olarak tanımlanan Prochlorococcus'u, tek başına tüm biyosferdeki oksijenin %20'sine kadarını üreten, tropikal yağmur ormanlarının tamamından daha fazla oksijen sağlayan bir tür olarak vurguluyor.

NOAA ayrıca önemli bir uyarıda bulunuyor: okyanusta, fotosentez yoluyla üretilen oksijen miktarı, deniz canlılarının solunum ve ayrışma yoluyla tükettiği miktara kabaca eşittir, dolayısıyla okyanus net bir atmosferik kazançtan ziyade dengeli bir oksijen döngüsü işlevi görür.

İki aşamaya genel bakış