FOTOSENTEZ

FOTOSENTEZ
• Fotosentez ile her yıl 160 milyar ton
karbonhidrat üretilir.
• Güneş enerjisi dünyadaki yaşam
enerjisi kaynağıdır.
Fotosentez
•  Kloroplastlar, 150 milyon km uzaktan,
güneşten gelen ışık enerjisini yakalar ve
onu şeker ve diğer organik moleküllerde
depolanan kimyasal enerjiye dönüştürür.
Bu dönüştürme işlemine FOTOSENTEZ
denir.
•  Fotosentez ya doğrudan ya da dolaylı
olarak tüm canlıları besler.
Fotosentez yapan canlılar (Fotoototroflar);
•  Bitkiler
•  Çok hücreli algler
•  Tek hücreli protistalar
•  Siyanobakteriler
•  Mor kükürt bakterileri
6CO2 + 12H2O à C6 H12 O6 + 6O2
Fotosentez sonucu oluşan moleküler oksijen CO2’den
değil suyun parçalanmasından meydana gelmiştir. Su
yerine hidrojen sülfür kullanan bakterilerde kükürt açığa
çıkması oksijenin kaynağının su olduğunu göstermiştir.
CO2 + 2H2S à CH2O + H2O + 2S
Fotosentez aşamaları
•  IŞIK REAKSİYONLARI
-Güneş enerjisinin yakalanarak kimyasal
enerjiye dönüştürüldüğü aşamadır.
-Kloroplast tilakoidlerinde
•  CALVİN DÖNGÜSÜ
-Kimyasal enerjinin, besindeki organik
moleküllerin yapımında kullanıldığı aşama
-Stromada oluşur.
• Fotosentez ışık reaksiyonları ve calvin döngüsü (sentez
evresi) reaksiyonlarından oluşur. Işık enerjisiyle hareketlenen
elektronlar NADP tarafından yakalanır. Ayrıca ATP sentezlenir.
Calvin döngüsünde ATP’ler endotermik reaksiyonun enerji
ihtiyacını, NADPH ise Glikoz sentezi için Hidrojen ihtiyacını
karşılar.
Işık elektromanyetik bir enerji çeşididir.
Hayat için önemli olan ve gözle görülebilen ışık dar bir aralığa
sahiptir. Işığın dalga boyu kısaldıkça enerjisi artar, dalga boyu
uzadıkça enerjisi azalır.
Işık foton adı verilen belli bir enerjiye sahip parçacıklardan
oluşur.
KLOROPLASTLAR
• Kloroplastlar güneş enerjisi ile
çalışan kimya fabrikalarıdır.
• F otosentez kloroplastlarda
gerçekleşir. Bir bitki mezofil
hücresinde yaklaşık 30-40
kloroplast vardır.
• Kloroplastlar stroma ve grana
adı verilen iki kısımdan
oluşmuştur.
• G ranada fotosentezin ışık
reaksiyonları, stromada ise
enzimatik reaksiyonlar
gerçekleşir.
• Klorofilin değişik çeşitleri olup en önemlileri klorofil a ve klorofil
b’dir. İki farklı molekül farklı spektrumdaki ışıkları emer ve
eriyebilme ortamları farklıdır. Klorofil a’da bir oksijen atomu Klr b
‘ye göre eksik, 2 hidrojen atomu fazladır.
Klorofil –a ( C55H72O5N4 Mg )
Klorofil –b ( C55H70O6N4 Mg )
• Klorofil a ve b belli ışık
emme özelliği gösterirler.
• K arotinoidler bitki ve
hayvanlarda yaygın
şekilde bulunan kırmızı,
sarı, kahverengi renkte
lipit bileşiklerdir.
• Klorofil ve karotinoidler
kloroplastlarda aynı
proteine bağlanıp
fotosintin adı verilen bir
bileşiği oluştururlar.
• Karotinoidler fotosentez için önemi, belli dalga boylarındaki
ışık enerjisini absorbe ederek klorofile aktarması böylece
fotosenteze yardım etmesidir.
Fotosistem Merkezleri
• Fotosistem merkezleri birkaç yüz
klorofil a, b ve karotinoidler’den
meydana gelen anten
kompleksleridir.
İzole klorofil molekülün uyarılması
• Bir foton klorofil molekülüne
çarptığında fotonun enerjisiyle
elektron daha yüksek enerjili bir
düzeye çıkar, bu elektron tekrar
eski kararlı durumuna dönerken
aldığı kadar bir enerjiyi çevreye
ısı ve floresans ışık şeklinde
etrafa yansıtır.
• Fotosistem merkezlerinde ise, uyarılmış elektronlar elektron
taşıyıcı sistemlere aktarılarak elektronların tekrar eski
durumlarına aniden dönmelerine izin verilmeyerek ATP ve NADPH
yapımı sağlanır.
Fotosistem Merkezi
• T ilakoit zarlarda iki
çeşit fotosistem
merkezleri vardır.
• F otosistem 1 (PSI),
P700 olarak bilinir ve
700 nm ve daha uzun
dalga boyundaki ışıkları
absorbe eder.
• Fotosistem 2 (PSII), ise
680 nm boyundaki ışığı
absorbe ettiğinden P680
olarak bilinir.
• Fotosistem 1, 2’ye göre daha az klorofil-b içerir ama aynı sayıda
klorofil-a’ya sahiptir. Anten merkezlerin de karotinoidler yardımıyla
absorblanan ışık enerjisi sonunda merkezde yer alan klorofil-a
molekülüne gelip oradan birincil elektron alıcısına aktarılır.
Devirsel olmayan elektron akışı
•  Fotosistem 2’den kopan elektron, elektron taşıma zinciri ile
fotosistem 1’e ulaşır bu sırada ATP yapılır. Fotosistem 2 nin
elektron ihtiyacı su’dan sağlanır. Fotosistem 1’den kopan
elektronlar NADPH sentezi için kullanılır.
•  H2Oà P680à Fotosistem 2à P700 à Fotosistem 1à NADPH
Devirsel elektron akışı
• Fotosistem 1 den kopan elektronlar tekrar eski durumlarına
dönmesi olayı devirseldir. Sadece ATP yapımı gerçekleşir.
• Bakterilerde (mor kükürt) yoğun bir şekilde gerçekleşir.
Yüksek yapılı bitkilerde ise devirsel fotofosforilasyon daha az
oranda gerçekleşir.
KEMİOSMOZ
• Kemiosmoz; zarları redoks reaksiyonları ile ATP üretimini eşleştirmede
kullanılan bir süreçtir.
• Işık reaksiyonları sonucu gerçekleşen elektron akışı sayesinde, H iyonları
Tilakoit boşluklarda birikir. H iyonları iç bölgeden stromaya ATP sentaz molekülü
sayesinde aktarılırken ATP sentezi gerçekleşmiş olur.
Bir molekül CO2 için 2 molekül NADPH ve 3 molekül ATP’ye ihtiyaç
vardır.
• M i t o k o n d r i v e
kloroplastın her
ikisi de yüksek H+
i
y
o
n
u
konsantrasyonundan düşük H+ iyonu
konsantrasyonuna
doğru gerçekleşen
difüzyon sayesinde
A T P y a p ı m ı
gerçekleştirirler.
• ATP yapımı yönünden bu iki organelin birbirine
benzemesi ortak evrimsel bir kökene sahip olduklarını
gösterir.
CALVİN DÖNGÜSÜ
•  İlk basamağı C fiksasyonudur.
•  3 C’lu şeker G3P oluşur.
•  1 molekül G3P oluşması için döngünün 3
kez tekrarlanması gerekir.
•  Böylece 3 molekül CO2 fikse edilmelidir.
• CO2 5C’lu RuDP tarafından alınır ve rubisco denen bir enzim
yardımıyla 2 mol 3-fosfogliserata dönüşür.
• Calvin döngüsü sırasında ATP ve NADPH kullanılır.
• Kalvin döngüsü sonucunda bir
molekül heksoz şekeri
sentezlenmesi evresinde 6 CO2 ile
1 8 AT P v e 1 2 N A D P H d a n
yararlanılır.
• Fosfogliseraldehitin fazlası (1 tane)
kloroplastan dışarı aktarılır ve
glikoz, sakkaroz ve fruktoz gibi
maddeleri oluşturur.
• 1 molekül 3-PGAL’ın oluşabilmesi
için calvin döngüsünün 3 kez
tamamlanması gerekir.
• Döngü 3 kez tamamlandığında 6 molekül 3-PGAL oluşur. Bu
moleküllerden 5 tanesi 3 molekül RuDP oluşmasını sağlar. Geri
kalan bir molekül 3-PGAL ise heksozların oluşmasında kullanılır.
Calvin Döngüsünde;
• 
- 
- 
• 
1 adet G3P molekülünün net sentezi için;
9 molekül ATP
6 molekül NADPH tüketilir.
Calvin döngüsünden ayrılan G3P metabolik yollar (glukoz
ve diğer kh’ın sentezi) için başlangıç maddesidir.
•  Bir molekül glukoz sentezi için Calvin döngüsü…. molekül
CO2, …..ATP ve …. molekül NADPH kullanır.
•  Calvinde kullanılan ATP ve NADPH molekülü glukozun
içerdiği yüksek enerji değeri ile neden uyumludur?
Yeşil bitkilerdeki değişik fotosentez tipleri
•  Karbondioksit seviyesi azaldığında (Örneğin sıcak günlerde stomalar
kapanır) Rubisco döngüsel reaksiyonlara giremez ve calvin devri kesintiye
uğrar buna fotorespirasyon denir. (Ayrıca rubisco CO2 yerine oksijenle
birleşir). Çoğu bitkiler (C3 ) bu gruptadır.
•  Şeker kamışı ve mısır gibi bitkiler ise C4 yolu olarak adlandırılan bir yolu
izlerler. CO2 ‘i önceden biriktirirler. Bu bitkilerin mezofil hücrelerinde calvin
döngüsü gerçekleşmez. CO2 PEP olarak adlandırılan bir bileşikle birleşir ve
malata dönüşür daha sonra demet kını hücrelerine aktarılır. Malat, burada
calvin döngüsüne girer ve CO2 oluşur. Burada biriken CO2 atmosferin 10
katına kadar ulaşabilir. Böylece fotorespirasyon engellenmiş olur. Yüksek ışık
ve sıcaklık altında fotosentezin durması engellenmiş olur.
•  CAM bitkileri grubunda ise (Kaktüs ve agave) yüksek sıcaklık ve susuzluk
bu bitkileri etkiler gündüz vakti stomalarını kapatmak zorundadırlar.
Fotorespirasyonu engellemek için geceleyin stomalarını açarlar, CO2
bağlarlar ve malik asit kofullarda depo edilir. Gündüz ise stomalarını kaparlar
(Terlemeyi engellemek için) ve malik asitten CO2 elde ederek fotosentezi
gerçekleştirirler. Gece C4 yolunu gündüz ise calvin döngüsünü
gerçekleştirmiş olurlar.
• Sıcak iklimlerde yaşayan bitkilerde görülür.
2 yaparlar. CO
• Düşük CO2 yoğunluğunda fotosentez
2 mezofil
hücrelerinde döngüsel reaksiyonlara girer. Yüksek O
yoğunluğunun fotosentezi durdurması böylece engellenir.
• C AM bitkilerinde bütün
gece stomalar açıktır ve
gündüzleri kapanır.
• Geceleri aldıkları CO2’leri
organik asite çevirirler.
Mezofil hücreleri organik
asitleri kofullarında depo
ederler ve gündüzleri ise
stomaları kapanır ve
fotosentez başlar.
• K a k t ü s , a n a n a s g i b i
bitkiler örnek olarak
verilebilir.
• Doğada bitki türlerinin yaklaşık %85’ini C3 bitkileri , % 5’ini C4
bitkileri ve % 10’da CAM bitkileri oluşturur.
CO etkisi
2
Sıcaklık
Işık şiddeti