Fotosentez Nedir? – Fotosentez Formulü Nedir?
Fotosentez Kuramı – Fotosentez Nasıl Olur?
Fotosentez, klorofil (kromozomlarda) taşıyan canlılarda ışık enerjisi kullanılarak organik bileşiklerin üretilmesi olayıdır. Bu yolla besin üreten canlıların tümüne fotosentetik organizmalar denir ve bunların büyük çoğunluğunu bitkiler oluştururlar.
Fotosentetik organizmalar, ışık enerjisinden yararlanarak enerjiyi depolarlar ve organik bileşikler üretebilirler. Bitkiler de diğer canlılar gibi yaşamsal etkinlikleri için gerekli enerjiyi organik maddelerin kimyasal enerjisinden sağlarlar. Bunun için de güneş ışığını kullanarak havanın karbondioksitini indirgeyerek organik besinlerini sentez ederler. Bu işlem CO2′in indirgenmesi ve ancak güneş enerjisiyle gerçekleştiriliğinden “fotosentez” olarak anılır. Bu yolla güneşin ışık enerjisi kimyasal enerjiye dönüştürülür ve organik madde sentezi yapılmış olur.
Yeryüzündeki her canlı, metabolizma etkinlikleri için gerekli olan enerjiyi temelde üç yoldan sağlar. Fotosentez bir özümleme faaliyetidir ve bu yüzden özümleme ya da asimilasyon gibi genel isimlerle de anılır.
Yapraklar, bitkilerin besin üretim merkezidir. Bitki yapraklarını oluşturan hücrelerin içinde kloroplast denilen, çok küçük yapılar vardır. Bu yapıların içindeki yeşil renkli boyar madde (pigment) olan klorofil maddesinin görevi ışık yakalamaktır. Kloroplastlar güneş ışınlarını bir panel gibi toplayıp, kollektör gibi enerjiye dönüştürerek besin üretirler. Üretilen besin yapraklardan, bitkinin beslenmesi gereken diğer bölümlerine götürülür.
Havadaki karbondioksit, güneş enerjisi kullanılarak, nişasta ve diğer yüksek enerjili karbonhidratlara dönüştürülür. Karbon kullanıldıktan sonra ortaya çıkan oksijen ise havaya bırakılır. Bitki daha sonra besine ihtiyaç duyduğunda bu karbonhidratlarda depoladığı enerjiyi kullanır. Bu bitkilerle beslenen canlılar da bitkide bulunan karbonhidratlardan enerji ihtiyaçlarını karşılarlar.
Fotosentezle her yıl yaklaşık olarak 200-500 milyar ton CO2 dönüşüme uğratılmaktadır. Bu nedenle fotosentezin önemi yalnız kalitatif değil ayrıca kantitafitir. Fotosentezle havanın karbondioksiti ve su, karbonhidratlara dönüştürülür. Karbonhidratlar C elementine ek olarak H ve O2 elementlerini de içeren organik besin taşlarıdır.
Fotosentez olayının meydana gelebilmesi için gerekli olan maddeler, ışık, klorofil, karbondioksit, canlı organizmadır.
Fotosentezin bilim tarihindeki gelişimi
BxToxiC, bitkilerin yeşillenmesi için güneş ışığının gerekli olduğunu göstermiştir.
Van Helmont 17. yüzyılda, bitkisel materyal sentezi ile ilk araştırmaları yapmıştır. Araştırmacı 2,5 kg. ağırlığındaki bir söğüt fidanını içinde 100 kg. toprak bulunan bir saksıya dikmiş ve bunu 5 yıl süresince sadece yağmur suyuyla sulamıştır. Süre sonunda fidan 85 kg’lık bir ağaç olmuştur. deneme sonunda toprak kuru ağırlığı 99,994 kg. olarak belirlenmiştir. Aradaki 50 gramlık fark deney hatası olarak kabul edilmiş ve bitki ağırlığında oluşan 82,5 kg’lık madde artışının yalnız sudan kaynaklanndığı kanısına varmıştır.
İlk kez 1771 yılında Joseph Priestley, bitkiler tarafından dışarı verilen oksijenin hayvanlar tarafından kirletilen havayı temizlediği fikrini ortaya atmamıştır.
1782 yılında Senebier yeşil bitkilerin havaya O2 vermesinin CO2 almalarına ve bitkiler tarafından meydana getirilen O2 miktarının tamamen ortamda varolan CO2 miktarına bağlı olduğunu göstermiştir.
1779′da Jan Ingenhousz havanın temizlenmesinin yeşil bitkiler tarafından ışıkta yapıldığını açıklamıştır. Fotosentezde klorofilin önemini vurgulamıştır.
1804 yılında De Saussure fotosentez esnasında eşit hacimde CO2 ve O2 alış verişi olduğu, buna benzer eşit hacimde bir gaz alış verişinin solunum esnasında da meydana geldiğini ileri sürmüştür. Bitkilerde biri ışıkta diğeri karanlıkta gelişen iki tip gaz alışverişi olduğunu, ışıkta CO2 alınımı ve O2 açığa çıkmasının ancak bitkinin yeşil kısımlarında olabildiğini göstermiştir. Ayrıca fotosentezde suyun rolüne dikkat çekmiştir.
Liebig 1840 yılında, CO2′in bitkiler için C kaynağı olduğunu vurgulamıştır.
1842 yılında Robert Mayer, ışığın enerji içerdiğini, canlılar tarafından kullanılan enerji kaynağının güneş ışığı olduğunu ve fotosentezde bitkinin yakaladığı güneş enerjisini kimyasal enerjiye dönüştürdüğünü belirtmiştir.
Engelman 1880 yılında fotosentezde ortama O2 verilmesinin kloroplastlarca sağlandığını ortaya koymuştur.
Blackman 1905′de fotosentezin yalnızca fotokimyasal bir olay değil aynı zamanda biyokimyasal bir olay olduğunu ileri sürerek, olayın ışık gerektirmeyen bir karanlık reaksiyon safhası olduğunu da vurgulamıştır.
Willstater ve Stoll 1918 yılında CO2, H2O ve ışık altında meydana gelen ilk ürünün CH2O ve O2 olduğunu ileri sürmüşlerdir.
Robert Hill 1973 yılında fotosentezin ışık reaksiyonu üğzerinde çalışarak oratmda ışık, su ve uygun bir hidrojen yakalayıcısı bulunduğunda, izole kloroplastların bile ortamda CO2 olmadan O2 oluşturabildiklerini görmüştür. Ayrıca yapraklarda doğal bir hidrojen yakalayıcısı maddenin bulunduğunu ortaya koymuştur. Bugünkü bilgilere göre bu maddeler Fereodoksin ve NADP+’dır. Hill reaksiyonu adını verdiği bir denklemle olayı açıklamıştır. Reaksiyon, fotosentezde O2′nin ışık reaksiyonlarında oluştuğu ve bunun kökeninin CO2 değilde H2O olduğunu göstermesi yönünden önemlidir.
Fotosentezin karanlık reaksiyonları üzerinde çalışan (1954-1961) Calvin ve arkadaşları ise olaydaki C metabolizmasını tüm ayrıntılarıyla açıklamışlardır. Bunun üzerine Calvin’e Nobel Ödülü verilmiştir.
1966′da Hatch ve Slack, bazı bitkilerde fotosentezin karanlık reaksiyonlarında oluşan ilk kararlı ürünün 3C değil de 4C olduğunu bulmuşlar ve söz konusu bitkilerin tamamen farklı bir C metabolizması olduğunu göstermişlerdir.
Yirminci yüzyılın başlarında tek hücreli yeşil su yosunlarında (Chlorella vulgaris) fotosentezle ilgili araştırmalar Warburg tarafından yapılmıştır.
Fotosentez Denklemi
Genel fotosentez denklemi şöyledir:
nCO2 + 2nH2O + Işık enerjisi → (CH2O)n + nO2 + nH2O
Ancak heksoz şekerleri ve nişasta ana ürünler olduğundan, genelde aşağıdaki spesifik (basit) denklem fotosentezin ifadesinde kullanılır: 6CO2 + 12H2O + Işık enerjisi → C6H12O6 + 6O2 + 6H2O + 673 Kalori
Burada C, CO2′den ve H, H2O’dan gelmektedir. Yukarıdaki denklemde görüldüğü üzere basit karbonhidratların yapısına katılan O2′nin sudan mı yoksa karbondioksitten mi geldiği sorusu önem taşımaktadır. Bu konuya radyoaktif ağır su ile yapılan denemelerle açıklık getirmiştir. Radyoaktif olarak işaretlenmiş 0218 ile fotosentez sonucu açığa çıkan O2′nin sudan geldiği bulunmuştur. Karbonhidratların yapısına katılan O ise, karbondioksitten olmaktadır.Fotosentez sırasıyla aydınlık ve karanlık safha olmak üzere 2 kısımda gerçekleşir.Aydınlık safha için ışık gereklidir.Karanlık safhada ise ışık kullanılmaz.Fakat karanlık safhada aydınlık safhanın ürünleri kullanıldığı için aydınlık safha olmadan karanlık safha gerçekleşemez.Ayrıca bakterilerde H kaynağı olarak H2O kullanılmadığı için ürün olarak O2 açığa çıkmaz.
Fotosentezin Önemi
Fotosentez, ışık enerjisini kimyasal bağ enerjisine dönüştürerek ilk basamaktaki organik madde üretimini sağlayan mekanizmadır. Bitkiler besin zincirinin ilk halkasını oluşturduğundan, diğer tüm canlıların var olabilmesi ve yaşamlarını sürdürebilmeleri için gerekli enerji fotosentez olayı sırasında elde edilir.
Fotosentezle havanın CO2 ve O2 dengesi korunmaktadır.
Fotosenteze ilişkin bulgular, her yeşil bitkinin organik madde üreten bir fabrika olduğu, bu süreçte güneş enerjisini kullanan aygıtların kloroplastlar olduğunu göstermiştir. Yeryüzüne ulaşan güneş ışınlarının yalnızca yarısı fotosentezde kullanılmaktadır. Bu konuda yapılan araştırmaların dünya nüfusunun gıda ihtiyaçları yönünden önemli olduğu bilinmektedir.
Fotosentez Ve Kemosentez
Fotosentez ve Kemosentez
Fotosentez Nedir – Kemosentez Nedir
Derin deniz sıcak su delikleri etrafında biyolojik toplulukların keşfi heyecan verici bir bilimsel olaydır. Dev tüp solucanları, büyük kum midyeleri ve karidesler ile güneş ışığının ulaşmadığı ekosistem deniz bilimi çalışmalarında yeni bir alan açtı. Bu topluluklar neredeyse diğer deniz toplumlarından tamamen izole yaşar ve yeryüzünde canlılar için enerji kaynağı güneşle hiçbir temasları yoktur.
Fotosentez ; Bitkilerin organik madde (glikoz) üretmek için güneş enerjisini kullanımı sürecidir. Bitkiler yaprakları aracılığıyla havadan güneş ışığı ve karbon dioksit ,kökleri aracılığıyla topraktan su absorbe,ederek,yaşamın devamını sağlayan glikoz ve oksijen üretirler.
Tüm fotosentetik organizmalar karbon dioksit ve sudan glikoz ve oksijene üretmek için güneş enerjisi kullanır.
Fotosentetik formül
6CO 2 + 6H 2 O -> C 6 H 12 O 6 + 6O 2
Fotosentez bitki, protista ve bazı bakterilerde, yeterli güneş ışığının ulaştığı her yerde oluşur yer yüzeyi, sığ suda, hatta buzun iç kısmında.
Kemosentez:bakterilerin organik besin (glikoz) üretmek için güneş ışığı yerine enerji kaynağı olarak kimyasal maddeleri kullanarak gerçekleştirdiği bir biyo-sentez olayıdır.. Kemosentez derin denizde güneş ışığının ulaşmadığı hidrotermal bacalar ve metan sızıntıları etrafında gerçekleşir. Kemosentez sırasında bakteriler deniz tabanında veya midye ve tüp solucanı gibi hayvanlar içinde(Endosimbiyoz), yaşar.Bu bakteriler su ve karbon dioksit den glikoz yapmak için gerekli enerji hidrojen sülfür ve metan kimyasal bağlarından üretir. Saf sülfür ve kükürt bileşikleri yan ürün olarak oluşur.
kemosentetik formül: CO 2 + 4H 2 S + O 2 -> CH 2 0 + 4S + 3H 2 O
Kemosentez çeşitleri
Farklı kemosentetik organizmalar besin üretmek için farklı yollar kullanırlar.Farklı kimyasal reaksiyonlar tarafından ürettikleri enerjiyi kullanırlar.Karbon dioksit ,su ve oksijen kullanarak şeker ve kükürt üretirler
Örnek:Hidrojen sülfürü oksidasyonda kullanan bakteriler
CO 2 + 4H 2 S + O 2 -> CH 2 0 + 4S + 3H 2 O
Diğer bakteriler sülfür yerine demir hidrojen, metan vb maddeleri oksitleyerek organik madde sentezini gerçekleştirir. Kemosentetik bakteri toplulukları volkanik alan, fay ve hidrotermal delikleri çevresinde ,denizlerde organik çöküntüler içinde, soğuk sızıntılar, balina leşleri ve batık gemilerde bulunurlar.
En iyi bilinen kemoototrofik mikroorganizmalar arasında kükürt bakterileri, demir bakterileri, nitrifikasyon bakterileri, hidrojen bakterileri ve metan bakterileri vardır.
Sülfür Bakterileri
Bu bakteriler (örneğin, Beggiatoa, Thiothrix, Thiobacillus) enerji üretmek için çevreden absorbe ettikleri hidrojen sülfür (H 2 S) veya moleküler sülfür (S 2) kullanırlar. Bu metabolitleri ya kükürt (S 2 ) (eğer H 2 S kullanıyorsa) veya sülfata (SO 4 ) (eğer S 2 kullanıyorsa) okside ederler. Bu işlem sırasında üretilen enerji besin sentez için kullanılır.Kükürt bakterileri, H2Syi oksitler ve çıkan kimyasal enerjiyle de kendilerine glikoz sentezlerler.
H2S + 02 ————–> H20 + 2S + 122 kcal
2S + 302 ————-> 2H2SO4 + 286 kcal
Besin sentezinin geçerli genel modeli
Demir Bakterileri
Bu bakteriler (örneğin, Gallionella, Ferrobacillus, Leptothrix, Clodothrix) demir bileşikleri içeren sulu ortamlarda yaşamaktadır.Çözünür demir bileşikleri, demir bileşiklerini (Fe + +), çözünmez demir bileşiklerine (Fe +++) dönüştürerek ürettikleri serbest enerjiyi besin sentezinde kullanırlar.Demir bakterileri, FeCO3 (Demir karbonat)ı oksitleyerek enerji sağlarlar. Bu enerjiyle de şeker, yağ ve protein gibi maddeler sentezlerler.
4FeCO3 + 6H2O ————-> 4Fe(OH)3 + 4CO2 + 58 kcal
Genel besin sentezi kalıbı
Nitrifikasyon bakterileri
Bu iki tip bakteri vardır: bunlar nitrit ve nitrat bakterileridir. Nitrit bakteriler (örneğin, Nitrosomonas, Nitrosococcus) amonyağı (NH 3) oksitleyerek enerji kazanır ve nitrit (N0 2)oluşturur. Nitrat bakteriler (örneğin, Nitrobacter, Bactoderma) nitriti oksitleyerek enerji kazanır ve nitrat (N0 3) oluşturur. Bu olaylarda kanılan enerji besin sentezinde kullanılır. Azot bakterileri, N bileşiklerini oksitlerler.
Genel kalıp aşağıdaki gibidir:
Nitrit Bakteriler :2 NH3 + 3O2 2 HNO2 + 2 H2O + 158 Kcal
Nitrat Bakterisi : 2 HNO2 + O2 2 HNO3 + 43 Kcal
Hidrojen Bakterileri
Bu bakteriler (örneğin Bacillus panctotrophus, Hydrogenomona) hidrojen içeren ortamlarda yaşarlar. Bu bakteriler hidrojeni oksitleyerek su ve enerji kazanırlar.kazanılan enerji besin sentezinde kullanılır. Hidrojen bakterileri: H2yi oksitleyerek enerji sağlarlar.
H2 + O2 H2O + 68 Kcal
Genel kalıp aşağıdaki gibidir.
Metan Bakterileri
Bu bakteriler (örneğin, Methanomonas) metan (CH 4 ) oksitleyerek kazandıkları enerjiyi Karbon dioksit ve suyu kullanarakbesin üretmede kullanırlar.Genel kalıp aşağıdaki gibidir:
Nitrosomonas Enerji üretimi