Fotosentez nedir ve nasıl gerçekleşir?

    Bitkiler su, karbondioksit ve güneş ışığının gücüyle şeker ve oksijen üretirler.

    Derin bir nefes alın. O zaman bir bitkiye teşekkür edin. Meyve, sebze, tahıl veya patates yerseniz, bir bitkiye de teşekkür edin. Bitkiler ve algler bize hayatta kalmak için ihtiyaç duyduğumuz oksijeni ve enerji için kullandığımız karbonhidratları sağlar. Hepsini fotosentez yoluyla yapıyorlar.

    Fotosentez, karbondioksit, su ve güneş ışığından şeker ve oksijen oluşturma işlemidir. Uzun bir dizi kimyasal reaksiyonla gerçekleşir. Ama şöyle özetlenebilir: Karbondioksit, su ve ışık içeri girer. Glikoz, su ve oksijen dışarı çıkar. ( Glikoz basit bir şekerdir. )

    Fotosentez iki sürece ayrılabilir. ‘Fotoğraf’ kısmı, ışığın tetiklediği reaksiyonları ifade eder. ‘Sentez’ - şekerin yapımı - Calvin döngüsü adı verilen ayrı bir süreçtir.

    Her iki işlem de bir kloroplast içinde gerçekleşir. Bu, bir bitki hücresinde özel bir yapı veya organeldir. Yapı, tilakoid membranlar adı verilen membran yığınları içerir. Işık reaksiyonunun başladığı yer burasıdır.

Işığın parlamasına izin verin

    Işık bir bitkinin yapraklarına çarptığında, kloroplastlarda ve tilakoid zarlarında parlar. Bu zarlar yeşil bir pigment olan klorofil ile doldurulur. Bu pigment ışık enerjisini emer. Işık elektromanyetik dalgalar olarak hareket eder. Dalga boyu — dalgalar arasındaki mesafe — enerji seviyesini belirler. Bu dalga boylarından bazıları bizim için gördüğümüz renkler olarak görülebilir. Klorofil gibi bir molekül doğru şekle sahipse, ışığın bazı dalga boylarından gelen enerjiyi emebilir.

    Klorofil, mavi ve kırmızı olarak gördüğümüz ışığı emebilir. Bu yüzden bitkileri yeşil olarak görüyoruz. Yeşil, bitkilerin emdikleri renk değil, yansıttıkları dalga boyudur.

    Işık bir dalga olarak hareket ederken, foton adı verilen bir parçacık da olabilir. Fotonların kütlesi yoktur. Bununla birlikte, az miktarda ışık enerjisine sahiptirler.

    Güneşten gelen bir ışık fotonu bir yaprağa sıçradığında, enerjisi bir klorofil molekülünü uyarır. Bu foton, bir su molekülünü bölen bir süreci başlatır. Sudan ayrılan oksijen atomu anında bir başkasıyla birleşerek bir oksijen molekülü veya O₂ oluşturur. Kimyasal reaksiyon ayrıca ATP adı verilen bir molekül ve NADPH adı verilen başka bir molekül üretir. Bunların her ikisi de bir hücrenin enerji depolamasına izin verir. ATP ve NADPH de fotosentezin sentez kısmında yer alacaktır.

    Işık reaksiyonunun şeker yapmadığına dikkat edin. Bunun yerine, Calvin döngüsüne takılan ATP ve NADPH'de depolanan enerjiyi sağlar. Burası şekerin yapıldığı yer.

    Ancak ışık reaksiyonu kullandığımız bir şeyi üretir: oksijen. Soluduğumuz tüm oksijen, dünyanın her yerindeki bitkiler ve algler ( bitki olmayanlar ) tarafından gerçekleştirilen fotosentezdeki bu adımın sonucudur.

Bana biraz şeker ver

    Bir sonraki adım, ışık reaksiyonundan gelen enerjiyi alır ve Calvin döngüsü adı verilen bir sürece uygular. Döngü, onu keşfeden adam Melvin Calvin'in adını almıştır.

    Calvin döngüsü bazen karanlık reaksiyon olarak da adlandırılır çünkü adımlarının hiçbiri ışık gerektirmez. Ama yine de gün içinde oluyor. Bunun nedeni, kendisinden önce gelen ışık reaksiyonunun ürettiği enerjiye ihtiyaç duymasıdır.

    Işık reaksiyonu tilakoid membranlarda gerçekleşirken, ürettiği ATP ve NADPH stromada sona erer. Bu, kloroplastın içindeki ancak tilakoid zarların dışındaki boşluktur.

Calvin döngüsünün dört ana adımı vardır:

1. Karbon fiksasyonu: Burada, tesis CO₂ getiriyor ve rubisco kullanarak başka bir karbon molekülüne bağlar. Bu, reaksiyonların daha hızlı hareket etmesini sağlayan bir enzim veya kimyasaldır. Bu adım o kadar önemlidir ki, rubisco bir kloroplastta ve Dünya'da en yaygın proteindir. Rubisco, karbonu CO₂'ya bağlar ribuloz 1,5-bifosfat ( veya RuBP ) adı verilen beş karbonlu bir moleküle. Bu, her biri üç karbonlu iki kimyasala hemen ayrılan altı karbonlu bir molekül oluşturur.
2. İndirgeme: Işık reaksiyonundan gelen ATP ve NADPH devreye girer ve iki üç karbonlu molekülü iki küçük şeker molekülüne dönüştürür. Şeker moleküllerine G3P denir. Bu, gliseraldehit 3-fosfatın ( GLIH-sur-AAL-duh-hide 3-FOS-fayt ) kısaltmasıdır.
3. Karbonhidrat oluşumu: Bu G3P'nin bir kısmı, glikoz gibi daha büyük şekerlere dönüştürülmek üzere döngüyü terk eder ( C₆H₁₂O₆ ).
4. Rejenerasyon: Devam eden ışık reaksiyonundan daha fazla ATP ile, artık G3P, RuBP olmak için iki karbon daha alır. Bu RuBP tekrar rubisco ile eşleşiyor. Artık bir sonraki CO₂ molekülü geldiğinde Calvin döngüsünü yeniden başlatmaya hazırlar. 

    Fotosentezin sonunda, bir bitki glikoz ( C₆H₁₂O₆ ), oksijen ( O₂ ) ve su ( H₂O ) Glikoz molekülü daha büyük şeylere devam eder. Selüloz gibi uzun zincirli bir molekülün parçası olabilir; Hücre duvarlarını oluşturan kimyasal budur. Bitkiler ayrıca bir glikoz molekülünde paketlenmiş enerjiyi daha büyük nişasta molekülleri içinde depolayabilirler. Bir bitkinin meyvesini tatlı hale getirmek için glikozu fruktoz gibi diğer şekerlere bile koyabilirler.

    Bu moleküllerin tümü karbonhidratlardır - karbon, oksijen ve hidrojen içeren kimyasallar. ( CarbOHydrat hatırlamayı kolaylaştırır. ) Tesis, enerji depolamak için bu kimyasallardaki bağları kullanır. Ama biz de bu kimyasalları kullanıyoruz. Karbonhidratlar, yediğimiz yiyeceklerin, özellikle tahılların, patateslerin, meyvelerin ve sebzelerin önemli bir parçasıdır.

Fotosentez Denklemi

    Fotosentez denklemi aşağıdaki gibidir:

    Bitki Karbondioksit + su + ışıktan; enerji, glikoz ve oksijen üretir.

    Denklem, bitkilerin ve bazı bakterilerin, güneş ışığındaki enerjiyi kullanarak glikoz ve karbondioksit ürettikleri süreci göstermektedir. Bitkilerin çoğunda, su kökler tarafından alınır, yapraklar içindeki kloroplastlar tarafından yakalanan stoma ve güneş ışığı aracılığıyla karbondioksit toplar.

Güçlü Kelimeler

    Algler: Tek hücreli organizmalar, bir zamanlar bitki olarak kabul edilirler ( değildirler ). Suda yaşayan organizmalar olarak suda büyürler. Yeşil bitkiler gibi, yiyeceklerini yapmak için güneş ışığına bağımlıdırlar.

    Atom: Bir kimyasal elementin temel birimi. Atomlar, pozitif yüklü protonlar ve yüksüz nötronlar içeren yoğun bir çekirdekten oluşur. Çekirdeğin yörüngesinde negatif yüklü elektronlardan oluşan bir bulut bulunur.

    ATP: Adenozin trifosfatın kısaltması. Hücreler bu molekülü neredeyse tüm faaliyetlerine güç sağlamak için yaparlar. Hücreler, enerjilerinin ana kaynağı olan bu molekülü oluşturmak için oksijen ve basit şekerler kullanır. Bu enerji depolama işlemini gerçekleştiren hücrelerdeki küçük yapılar mitokondri olarak bilinir. Bir pil gibi, ATP de bir miktar kullanılabilir enerji depolar. Hücre onu kullandığında, mitokondri, hücrenin besinlerinden toplanan enerjiyi kullanarak daha fazla ATP yaparak hücreyi yeniden şarj etmelidir.

    Bağ: ( kimyada ) Bir moleküldeki atomlar veya atom grupları arasında yarı kalıcı bir bağlanma. Katılan atomlar arasındaki çekici bir kuvvet tarafından oluşturulur. Bağlandıktan sonra, atomlar bir birim olarak çalışacaktır. Bileşen atomlarını ayırmak için, moleküle ısı veya başka bir radyasyon türü olarak enerji verilmelidir.

    Calvin döngüsü: Adını onu keşfeden adam Melvin Calvin'den alan bu döngü, bitkilerin ve alglerin karbondioksiti temel karbonhidratlara dönüştürme sürecidir.

    Karbonhidratlar: Şekerler, nişasta ve selüloz dahil olmak üzere gıdalarda ve canlı dokularda meydana gelen büyük bir bileşik grubundan herhangi biri. Su ile aynı oranda ( 2:1 ) hidrojen ve oksijen içerirler ve tipik olarak enerjiyi serbest bırakmak için bir hayvanın vücudunda parçalanabilirler.

    Karbon dioksit: ( veya CO₂ ) Tüm hayvanların, soludukları oksijen, yedikleri karbon bakımından zengin gıdalarla reaksiyona girdiğinde ürettikleri renksiz, kokusuz bir gazdır. Karbondioksit ayrıca organik madde yandığında ( petrol veya gaz gibi fosil yakıtlar dahil ) açığa çıkar. Karbondioksit, Dünya atmosferinde ısıyı hapseden bir sera gazı görevi görür. Bitkiler, kendi besinlerini yapmak için kullandıkları süreç olan fotosentez sırasında karbondioksiti oksijene dönüştürürler.

    Hücre: Bir organizmanın en küçük yapısal ve işlevsel birimi. Tipik olarak çıplak gözle görülemeyecek kadar küçüktür, bir zar veya duvarla çevrili sulu bir sıvıdan oluşur. Büyüklüklerine bağlı olarak, hayvanlar binlerce ila trilyonlarca hücreden oluşur. Mayalar, küfler, bakteriler ve bazı algler gibi çoğu organizma sadece bir hücreden oluşur.

    Selüloz: Bitki hücre duvarlarında bulunan bir lif türü. Glikoz moleküllerinin zincirlerinden oluşur.

    Kimyasal: Sabit bir oran ve yapıda birleşen ( bağlanan ) iki veya daha fazla atomdan oluşan bir madde. Örneğin su, iki hidrojen atomu bir oksijen atomuna bağlandığında oluşan bir kimyasaldır. Kimyasal formülü H₂O'dir. Kimyasal, farklı bileşikler arasındaki çeşitli reaksiyonların sonucu olan malzemelerin özelliklerini tanımlamak için bir sıfat da olabilir.

    Kimyasal reaksiyon: Fiziksel formdaki bir değişikliğin ( katıdan gaza olduğu gibi ) aksine, bir maddenin moleküllerinin veya yapısının yeniden düzenlenmesini içeren bir süreç.

    Klorofil: Bitkilerde bulunan ve fotosentez yapan, karbondioksit ve sudan şekerler ( gıdalar ) oluşturan birkaç yeşil pigmentten herhangi biri.

    Kloroplast: Yeşil alglerin ve yeşil bitkilerin hücrelerinde klorofil içeren ve fotosentez yoluyla glikoz oluşturan küçük bir yapı.

    Elektromanyetik: Işık radyasyonuna, manyetizmaya veya her ikisine de atıfta bulunan bir sıfat.

    Excite: ( kimya ve fizikte ) Bir atomdaki bir veya daha fazla dış elektrona enerji aktarmak. Işık gibi bir tür radyasyon emisyonu yoluyla ekstra enerjiyi dökene kadar bu yüksek enerji durumunda kalırlar.

    Fruktoz: Basit bir şeker. Glikoz ile birlikte fruktoz, her bir sakaroz molekülünün ( sofra şekeri olarak da bilinir ) yarısını oluşturur.

    Glikoz: Canlı organizmalarda önemli bir enerji kaynağı olan basit bir şeker. Kan dolaşımında hareket eden bir enerji kaynağı olarak "kan şekeri" olarak bilinir. Sofra şekerini ( sakaroz olarak da bilinir ) oluşturan molekülün yarısıdır.

    Gliseraldehit 3-fosfat veya G3P: Basit karbonhidratları oluşturan kimyasal adımların bir parçası olarak oluşturulan bir molekül. Calvin fotosentez döngüsünün bir parçası olarak bitkilerde ve alglerde iki G3P molekülü yapılır. Hayvanlar ve bakteriler de kendi karbonhidrat yapma adımlarının bir parçası olarak G3P oluştururlar.

    Hidrojen: Evrendeki en hafif element. Gaz olarak renksiz, kokusuz ve oldukça yanıcıdır. Canlı dokuları oluşturan birçok yakıt, yağ ve kimyasalın ayrılmaz bir parçasıdır. Tek bir elektronun yörüngesinde dönen tek bir protondan ( çekirdeği olarak hizmet eder ) oluşur.

    Kütle: Bir nesnenin hızlanmaya ve yavaşlamaya ne kadar direndiğini gösteren bir sayı - temel olarak o nesnenin ne kadar maddeden yapıldığının bir ölçüsü.

    Membran: Boyutlarına veya diğer özelliklerine bağlı olarak bazı malzemelerin geçişini ( veya akışını ) engelleyen bir bariyer. Membranlar, filtrasyon sistemlerinin ayrılmaz bir parçasıdır. Birçoğu, bir vücudun hücrelerinin veya organlarının dış kaplaması ile aynı işlevi görür.

    Molekül: Bir kimyasal bileşiğin mümkün olan en küçük miktarını temsil eden, elektriksel olarak nötr bir atom grubu. Moleküller tek tip atomlardan veya farklı tiplerden yapılabilir. Örneğin, havadaki oksijen iki oksijen atomundan ( O₂ ), ancak su iki hidrojen atomu ve bir oksijen atomundan ( H₂O ).

    NADPH veya NADP+: Nikotinamid adenin dinükleotid fosfatın kısaltması ( ama kimse buna böyle demiyor ). Bu molekül, hücrelerin enerji depolamasının ve aktarmasının bir yoludur. NADP+ molekülü NADPH'ye dönüştürüldüğünde, daha sonra bir hücredeki diğer reaksiyonlara güç sağlamak için kullanabileceği enerji içerir.

    Organel: Bir hücre içinde bulunan mitokondri gibi özel yapılar.

    Oksijen: Dünya atmosferinin yaklaşık yüzde 21'ini oluşturan bir gaz. Tüm hayvanlar ve birçok mikroorganizma, büyümelerini ( ve metabolizmalarını ) beslemek için oksijene ihtiyaç duyar.

    Parçacık: Bir şeyin çok küçük bir miktarı.

    Foton: Mümkün olan en küçük ışık miktarını veya diğer elektromanyetik radyasyon türlerini temsil eden bir parçacık.

    Fotosentez: ( fotosentez ) Yeşil bitkilerin ve diğer bazı organizmaların karbondioksit ve sudan gıda üretmek için güneş ışığını kullanma süreci.

    Protein: Bir veya daha fazla uzun amino asit zincirinden yapılmış bir bileşik. Proteinler tüm canlı organizmaların önemli bir parçasıdır. Canlı hücrelerin, kasların ve dokuların temelini oluştururlar; Ayrıca hücrelerin içindeki işi de yaparlar. Daha iyi bilinen, bağımsız proteinler arasında hemoglobin ( kanda ) ve enfeksiyonlarla savaşmaya çalışan antikorlar ( ayrıca kanda ) bulunur. İlaçlar sıklıkla proteinlere kilitlenerek çalışır.

    İndirgeme: ( azaltmak ) Bir veya daha fazla elektron ekleyen kimyasal bir reaksiyon. Aynı zamanda oksidasyonun tersi olarak da görülür. Pas demiri oksitlediğinden, işlem yakındaki oksijen atomlarını azaltır. Bu, negatif yüklü elektronlar kazandıkları anlamına gelir.

    Ribuloz 1,5-bifosfat: ( RuBP ) Calvin döngüsünün ilk ve son adımlarını tamamlayan, karbondioksitten şeker oluşturan bir molekül. Bu molekül beş karbon içerir ve rubisco enzimine bağlanır. Rubisco, karbonhidrat yapmanın ilk adımı olan RuBP'yi havadaki karbondioksitle bağlar.

    Rubisco: Bu kısaltma, ribuloz bifosfat karboksilaz / oksijenaz anlamına gelir. Dünyadaki en yaygın proteindir. Bir enzim olarak rolünde, fotosentezde çok önemli bir rol oynar.

    Nişasta: Tüm yeşil bitkiler tarafından yapılan yumuşak beyaz bir kimyasaldır. Çok sayıda küçük, özdeş yapı taşını birbirine bağlamaktan oluşan nispeten uzun bir moleküldür - hepsi glikoz, basit bir şeker. Bitkiler ve hayvanlar glikozu bir enerji kaynağı olarak kullanırlar. Bitkiler bu glikozu nişasta şeklinde yedek enerji kaynağı olarak depolarlar. Nişasta tüketen hayvanlar, yararlı enerjiyi çıkarmak için nişastayı glikoz moleküllerine parçalayabilir.

    Stroma: ( botanikte ) Fotosentezin Calvin döngüsü kısmının gerçekleştiği bir kloroplast içindeki renksiz sıvı. ( anatomide ) Bir organı çevreleyen destekleyici yapı. Organı yerinde tutan bağ dokusunu ve organa oksijen ve şeker getiren kan damarlarını içerir.

    Sentez: ( synthesize ) Daha basit kimyasal yapı taşlarının birleştirilmesiyle bir maddenin üretilmesi.

    Tilakoid membranlar: Bir kloroplast içindeki bağlı membranlardan oluşan bir iç sistem. Membranlar sadece yeşil pigment klorofili değil, aynı zamanda proteinleri de içerir. Bu zarlar, fotosentezin ışık reaksiyonu kısmının gerçekleştiği yerdir ve fotosentezin şeker yapan kısımlarına güç sağlamak için oksijen ve enerji üretir.

    Dalga boyu: Bir dizi dalgada bir tepe ile diğeri arasındaki mesafe veya bir çukur ile diğeri arasındaki mesafe. Aynı zamanda radyasyonu ölçmek için kullanılan "kıstaslardan" biridir. Tüm elektromanyetik radyasyon gibi dalgalar halinde hareket eden görünür ışık, yaklaşık 380 nanometre ( mor ) ile yaklaşık 740 nanometre ( kırmızı ) arasındaki dalga boylarını içerir. Görünür ışıktan daha kısa dalga boylarına sahip radyasyon, gama ışınlarını, X ışınlarını ve ultraviyole ışığı içerir. Daha uzun dalga boylu radyasyon, kızılötesi ışığı, mikrodalgaları ve radyo dalgalarını içerir.