Fotosentez; ışığa bağımlı reaksiyonlar ve ışıktan bağımsız reaksiyonlar olarak iki evrede gerçekleşir.
Bu reaksiyonlar birbiriyle işbirliği içindedir.
Önce bir genel bakış açısıyla bakalım.
Kloroplastın yapısını hatırlıyorsunuzdur.
Kloroplast, çift zarlı fotosentezin gerçekleştiği organeldir.
Burada granum bulunuyor.
Granumlarda ışığa bağımlı reaksiyonlar gerçekleşir.
Burada ışık kullanılır, su tüketilir, oksijen üretilir.
Ayrıca ATP ve NADPH molekülleri de üretilir.
Kloroplastın içinde stroma sıvısı bulunur.
Işıktan bağımsız reaksiyonlar stromada gerçekleşir.
Bu reaksiyonlarda karbondioksit kullanılır, besin üretilir, ışığa bağımlı reaksiyonlardan gelen ATP ve NADPH burada kullanılır.
Sonra açığa çıkan NADP+ ve ADP ile fosfat tekrar kullanılmak üzere ışığa bağımlı reaksiyonlara gönderilir.
Şimdi bu reaksiyonları ayrı ayrı inceleyeceğiz.
Işığa bağımlı reaksiyonlarla başlayalım.
Buna ışıklı evre veya aydınlık evre de denir.
Bu reaksiyonlar ökaryot hücrelerde kloroplastın granalarındaki tilakoit zarlarda, prokaryotlarda ise hücre zarı kıvrımlarında gerçekleşir.
Bu reaksiyonlar ışık olmadan gerçekleşmez.
Işık enerjisi kimyasal enerjiye dönüştürülüp ATP içerisinde geçici olarak depolanır.
Yani bu evrede fotofosforilasyonla ATP üretimi gözlenir.
Ayrıca klorofil tarafından soğurulan ışığın bir kısmı ile su molekülleri parçalanır.
Bu olaya fotoliz denir.
Buraya hemen fotoliz denklemini yazıyorum.
Suyun parçalanması ile açığa çıkan hidrojenler, bir çeşit koenzim olan NADP+ ile tutularak NADPH molekülü üretilir.
Yani bu evrede NADP+ indirgeniyor.
Buraya NADP+'nin açılımını da yazmak istiyorum.
Nikotinamid adenin dinükleotit fosfat.
Yani bu nükleotitlerden oluşan bir koenzim.
Fotoliz sonucu açığa çıkan oksijenin fazlası bu evrede atmosfere veriliyor.
Yani atmosfere verilen oksijenin kaynağı su.
Işığı soğuran ve kimyasal enerjiye dönüştürülmesini sağlayan birimlere fotosistem denir.
Fotosistemler tilakoit zarda bulunur.
Fotosistemde bulunan klorofil molekülünün ışık enerjisini soğurmasıyla elektronlar serbest kalır.
Serbest kalan bu elektronu tutabilecek bir sistem gereklidir.
Bu sisteme elektron taşıma sistemi (ETS) denir.
Klorofilden ayrılan elektronlar indirgenme ve yükseltgenme kurallarına göre, ETS'yi oluşturan bir molekülden diğer moleküle doğru aktarılır.
İndirgenmeye redüksiyon, yükseltgenmeye oksidasyon da diyoruz.
İşte bu aktarım sırasında elektronun kaybettiği enerji ile ATP üretilir, yani fotofosforilasyon gerçekleşir.
Işığa bağımlı reaksiyonlar sırasında üretilen NADPH ve ATP, ışıktan bağımsız reaksiyonlara aktarılarak organik madde sentezinde kullanılır.
Bu yüzden fotofosforilasyonla üretilen ATP sadece fotosentezde organik madde sentezi için tüketilir diyoruz.
Yani hücrenin diğer metabolik faaliyetleri için kullanılmaz.
Bu arada Robert Hill, kloroplastların karbondioksit olmadan oksijen oluşturabildiklerini görmüştür.
Elektron alıcısının sudaki hidrojeni tutarak oksijeni serbest bırakmasına, bu nedenle Hill reaksiyonu adı verilmiştir.
Gelelim ışıktan bağımsız reaksiyonlara.
Bu reaksiyonlara Kalvin döngüsü, karanlık evre veya karbon tutma reaksiyonları da denir.
Bu reaksiyonlar ökaryot hücrelerde kloroplastın stromasında, prokaryot hücrelerde ise sitoplazmada gerçekleşir.
Bu evre sayesinde stromada karbondioksit tüketilerek başta glikoz olmak üzere organik madde çeşitlerinin birçoğu sentezlenir.
Bu reaksiyonlarda ışık doğrudan gerekli olmasa da ışığa bağlı reaksiyonlarda açığa çıkan ATP ve NADPH'a ihtiyaç duyulur.
Zaten bu iki evrenin birbirine bağlı olduğunu dersin başında söylemiştim.
Sakın bu reaksiyonlara karanlık evre de dediğimiz için fotosentezin karanlıkta da gerçekleşebileceğini düşünmeyin.
Enzimlerin kontrolünde gerçekleşen bu reaksiyonlarda klorofil ve ETS elemanları görev almaz.
Yüksek sıcaklık, ışıktan bağımsız evrede kullanılan enzimlerin yapısına zarar vereceği için fotosentezi yavaşlatır.
Işığa bağımlı reaksiyonlardan gelen ATP'lerin defosforilasyonu ile açığa çıkan enerji yardımıyla karbondioksit ile NADPH'nin hidrojenleri birleştirilir ve üç karbonlu fosfogliser aldehit, PGAL molekülü sentezlenir.
Fotosentezdeki esas kazanç fosfogliser aldehittir.
Bu molekülün bir kısmı glikoza dönüşürken, bir kısmı da diğer organik maddelerin sentezinde kullanılır.
Dönüşüm sırasında açığa çıkan NADP+, ADP ve inorganik fosfat molekülleri stromadan granaya aktarılır ve ışığa bağlı reaksiyonlarda yeniden NADPH ve ATP sentezinde kullanılır.
Yani bu evrede ATP tüketiliyor, NADPH yükseltgeniyor.
Bitkilerde ışıktan bağımsız reaksiyonlarda üretilen PGAL'lerden glikoz üretilir.
Sonra hücrede bu glikozlardan disakkaritler ve polisakkaritler üretilir.
Mesela nişasta bu polisakkaritlerden bir tanesidir.
Aynı zamanda dönüşüm reaksiyonları ile yağ asidi, gliserol, amino asit, vitamin, hormon ve çeşitli organik bazlar da sentezlenir.
Dönüşüm reaksiyonlarının birçoğu kloroplastlarda gerçekleşir.
Birçok molekülün üretimi için azot gereklidir.
Bitkiler azot ihtiyaçlarını topraktan azot tuzu alarak karşılar.
Bu reaksiyonlar birbiriyle işbirliği içindedir.
Önce bir genel bakış açısıyla bakalım.
Kloroplastın yapısını hatırlıyorsunuzdur.
Kloroplast, çift zarlı fotosentezin gerçekleştiği organeldir.
Burada granum bulunuyor.
Granumlarda ışığa bağımlı reaksiyonlar gerçekleşir.
Burada ışık kullanılır, su tüketilir, oksijen üretilir.
Ayrıca ATP ve NADPH molekülleri de üretilir.
Kloroplastın içinde stroma sıvısı bulunur.
Işıktan bağımsız reaksiyonlar stromada gerçekleşir.
Bu reaksiyonlarda karbondioksit kullanılır, besin üretilir, ışığa bağımlı reaksiyonlardan gelen ATP ve NADPH burada kullanılır.
Sonra açığa çıkan NADP+ ve ADP ile fosfat tekrar kullanılmak üzere ışığa bağımlı reaksiyonlara gönderilir.
Şimdi bu reaksiyonları ayrı ayrı inceleyeceğiz.
Işığa bağımlı reaksiyonlarla başlayalım.
Buna ışıklı evre veya aydınlık evre de denir.
Bu reaksiyonlar ökaryot hücrelerde kloroplastın granalarındaki tilakoit zarlarda, prokaryotlarda ise hücre zarı kıvrımlarında gerçekleşir.
Bu reaksiyonlar ışık olmadan gerçekleşmez.
Işık enerjisi kimyasal enerjiye dönüştürülüp ATP içerisinde geçici olarak depolanır.
Yani bu evrede fotofosforilasyonla ATP üretimi gözlenir.
Ayrıca klorofil tarafından soğurulan ışığın bir kısmı ile su molekülleri parçalanır.
Bu olaya fotoliz denir.
Buraya hemen fotoliz denklemini yazıyorum.
Suyun parçalanması ile açığa çıkan hidrojenler, bir çeşit koenzim olan NADP+ ile tutularak NADPH molekülü üretilir.
Yani bu evrede NADP+ indirgeniyor.
Buraya NADP+'nin açılımını da yazmak istiyorum.
Nikotinamid adenin dinükleotit fosfat.
Yani bu nükleotitlerden oluşan bir koenzim.
Fotoliz sonucu açığa çıkan oksijenin fazlası bu evrede atmosfere veriliyor.
Yani atmosfere verilen oksijenin kaynağı su.
Işığı soğuran ve kimyasal enerjiye dönüştürülmesini sağlayan birimlere fotosistem denir.
Fotosistemler tilakoit zarda bulunur.
Fotosistemde bulunan klorofil molekülünün ışık enerjisini soğurmasıyla elektronlar serbest kalır.
Serbest kalan bu elektronu tutabilecek bir sistem gereklidir.
Bu sisteme elektron taşıma sistemi (ETS) denir.
Klorofilden ayrılan elektronlar indirgenme ve yükseltgenme kurallarına göre, ETS'yi oluşturan bir molekülden diğer moleküle doğru aktarılır.
İndirgenmeye redüksiyon, yükseltgenmeye oksidasyon da diyoruz.
İşte bu aktarım sırasında elektronun kaybettiği enerji ile ATP üretilir, yani fotofosforilasyon gerçekleşir.
Işığa bağımlı reaksiyonlar sırasında üretilen NADPH ve ATP, ışıktan bağımsız reaksiyonlara aktarılarak organik madde sentezinde kullanılır.
Bu yüzden fotofosforilasyonla üretilen ATP sadece fotosentezde organik madde sentezi için tüketilir diyoruz.
Yani hücrenin diğer metabolik faaliyetleri için kullanılmaz.
Bu arada Robert Hill, kloroplastların karbondioksit olmadan oksijen oluşturabildiklerini görmüştür.
Elektron alıcısının sudaki hidrojeni tutarak oksijeni serbest bırakmasına, bu nedenle Hill reaksiyonu adı verilmiştir.
Gelelim ışıktan bağımsız reaksiyonlara.
Bu reaksiyonlara Kalvin döngüsü, karanlık evre veya karbon tutma reaksiyonları da denir.
Bu reaksiyonlar ökaryot hücrelerde kloroplastın stromasında, prokaryot hücrelerde ise sitoplazmada gerçekleşir.
Bu evre sayesinde stromada karbondioksit tüketilerek başta glikoz olmak üzere organik madde çeşitlerinin birçoğu sentezlenir.
Bu reaksiyonlarda ışık doğrudan gerekli olmasa da ışığa bağlı reaksiyonlarda açığa çıkan ATP ve NADPH'a ihtiyaç duyulur.
Zaten bu iki evrenin birbirine bağlı olduğunu dersin başında söylemiştim.
Sakın bu reaksiyonlara karanlık evre de dediğimiz için fotosentezin karanlıkta da gerçekleşebileceğini düşünmeyin.
Enzimlerin kontrolünde gerçekleşen bu reaksiyonlarda klorofil ve ETS elemanları görev almaz.
Yüksek sıcaklık, ışıktan bağımsız evrede kullanılan enzimlerin yapısına zarar vereceği için fotosentezi yavaşlatır.
Işığa bağımlı reaksiyonlardan gelen ATP'lerin defosforilasyonu ile açığa çıkan enerji yardımıyla karbondioksit ile NADPH'nin hidrojenleri birleştirilir ve üç karbonlu fosfogliser aldehit, PGAL molekülü sentezlenir.
Fotosentezdeki esas kazanç fosfogliser aldehittir.
Bu molekülün bir kısmı glikoza dönüşürken, bir kısmı da diğer organik maddelerin sentezinde kullanılır.
Dönüşüm sırasında açığa çıkan NADP+, ADP ve inorganik fosfat molekülleri stromadan granaya aktarılır ve ışığa bağlı reaksiyonlarda yeniden NADPH ve ATP sentezinde kullanılır.
Yani bu evrede ATP tüketiliyor, NADPH yükseltgeniyor.
Bitkilerde ışıktan bağımsız reaksiyonlarda üretilen PGAL'lerden glikoz üretilir.
Sonra hücrede bu glikozlardan disakkaritler ve polisakkaritler üretilir.
Mesela nişasta bu polisakkaritlerden bir tanesidir.
Aynı zamanda dönüşüm reaksiyonları ile yağ asidi, gliserol, amino asit, vitamin, hormon ve çeşitli organik bazlar da sentezlenir.
Dönüşüm reaksiyonlarının birçoğu kloroplastlarda gerçekleşir.
Birçok molekülün üretimi için azot gereklidir.
Bitkiler azot ihtiyaçlarını topraktan azot tuzu alarak karşılar.
