• Bazı ototrof canlılar besin üretimi için gerekli olan enerjiyi güneşten sağlayamazlar.
• Bu canlılar inorganik maddelerin oksidasyonu ile açığa çıkan kimyasal enerjiyi kullanarak inorganik maddelerden organik madde sentezlerler.
• Bu olayı gerçekleştiren canlılara kemosentetik canlılar, bu olaya kemosentez denir.
• Kemosentez yapan canlılarda klorofil bulunmaz.
• Kemosentez için ışığa ihtiyaç olmadığından gece–gündüz gerçekleşir.
• Kemosentez sadece bazı bakterilerde gerçekleşir.
• Nitrit bakterileri, nitrat bakterileri, kükürt bakterileri, demir bakterileri kemosentez yaparak besin üretirler.

[ad1]
NOT:
Kemosentez sitoplazmada gerçekleşir.
Kemosentez reaksiyonlarında besin sentezi sonucu açığa çıkan O2 atmosfere verilmez, inorganik maddenin oksitlenmesi için kullanılır.
Kemosentetik bakterilerden bazıları Fe++ yi, bazıları H2 yi, bazıları da CH4 ü oksitleyerek enerji üretirler.

ÇÖZÜM: Devirli fotofosforilasyonda, klorofilden ayrılan e– tekrar klorofile döner. ETS görev yapar. Işık enerjisi ile ATP sentezlenir. ATP sentezi ferrodoksin ve sitokromun yükseltgenmesi sırasında gerçekleşir.
Yanıt D

[biyoloji_1_ygs_lys]

• Bakteriler prokaryot yapıda oldukları için kloroplastları yoktur. Fotosentez yapan türlerde klorofil sitoplazmada bulunur.
• 
  Mor bakteriler ve yeşil sülfür bakterileri anaerob solunum yapan fotosentetik bakterilerdir. Oksijen bu bakterilerde zehir etkisi yapar. Bundan dolayı fotosentezde H2O kullanmazlar. Hidrojen kaynağı olarak H2S veya H kullanırlar.

NOT: Fotosentezde kullanılan hidrojen kaynağına bağlı olarak açığa çıkan yan ürünler de farklı olur.

[biyoloji_1_ygs_lys]

1.CO2 nin Etkinliği

• İçinde KOH bulunan deney kabı, içinde yeşil bitki ve Ba(OH)2 bulunan deney kabına şekildeki gibi cam boru ile bağlanarak hazırlanan düzenekteki yeşil bitki bir süre sonra ölür.
• 1. kaptaki KOH dışardan giren havadaki CO2 yi, 2. kaptaki Ba(OH)2 de bitkinin solunum sonucu ürettiği CO2 yi tutar.
• Bitki, fotosentezde kullanacağı CO2 olmadığı için besin üretemez. Bunun sonucu olarak besinsizlikten ölür.

NOT: KOH, NaOH, Ba(OH)2 ve Ca(OH)2 ortamdaki CO2 yi tutan maddelerdir.

2. Işığın Etkinliği

Yeşil bir yaprağın yarısı siyah bir kağıtla kapatılıp sabahtan akşama kadar fotosentez yapması sağlanıyor. Bu yaprak akşam su içinde kaynatılıp öldürülüyor. Daha sonra alkolle klorofili çıkartılıyor. Yaprağa nişasta ayıracı olan lugol (iyot) damlatıldığında ışık gören kısmının maviye boyandığı, siyah kağıt altında kalan kısmında ise renk değişimi olmadığı görülüyor.
Bunun nedeni ışık gören kısımda fotosentez gerçekleşmesi ve glikoz üretilmesi, fazla olan glikozların da nişastaya dönüştürülerek depolanmasıdır.
[ad1]

3. Klorofilin Etkinliği

Bir kısmı yeşil, bir kısmı sarı olan alacalı bir yaprağın sabahtan akşama kadar fotosentez yapması sağlanıyor. Akşam olduğunda yaprağın sarı ve yeşil olan kısımlarına iyot (lugol) damlatıldığında sadece yeşil olan bölümde mavi renk oluşuyor.
Bu sonuç, klorofil olan kısımda fotosentezin gerçekleştiğini, glikoz üretildiğini, fazla glikozlarında nişastaya dönüştürülerek depolandığını gösterir.

[ad2]
 

4. O2 Çıkışının Kanıtlanması

Su bitkisi olan Elodea üzerine cam huni ve deney tüpü geçirilerek, içi su dolu kaba şekildeki gibi yerleştiriliyor. Bir süre sonra deney tüpünün üst kısmında gaz kabarcıklarının toplandığı tespit ediliyor. Bu deney tüpüne kıvılcımlı bir çubuk sokulursa alevde parlama oluyor. Bu durum çıkan gazın O2 olduğunu gösterir.

5. Karbonhidrat Meydana Geldiğinin Kanıtlanması

Orta damarına göre tam simetrik olan bir yaprağın yarısı sabah erkenden alınıp kurutularak tartılıyor. Yaprağın diğer yarısı ise bitki üzerinde bırakılıp, akşam kesilerek kurutulup
tartılıyor. Akşama kadar bitki üzerinde bırakılan kısmın daha ağır olduğu görülüyor. Bu sonuç bu kısımda fotosenteze bağlı olarak organik maddenin arttığını, bunun da ağırlık artışına neden olduğunu gösterir.

[biyoloji_1_ygs_lys]

Fotosenteze etki eden faktörler normal değerde olduğunda fotosentez normal hızda gerçekleşir. Fotosentezin hızını fotosenteze etki eden faktörlerden en düşük miktarda olanı belirler. Buna minimum yasası denir. Örneğin ortamdaki ışığın şiddeti düşükse, diğer faktörler ne kadar fazla olursa olsun, fotosentez hızını ışık şiddeti belirler.
Fotosentez hızını etkileyen faktörler çevresel ve kalıtsal faktörler olmak üzere iki grupta incelenir.

Fotosentez hızını etkileyen faktörler

A. Çevresel Faktörler

1. CO2 miktarı
2. Işığın dalga boyu
3. Işık şiddeti
4. Sıcaklık
5. Mineraller
6. Su miktarı

B. Kalıtsal Faktörler

1. Kloroplast sayısı
2. Yaprak genişliği
3. Stomaların yapısı ve sayısı
4. Kutikula kalınlığı
5. Enzim miktarı

A. Çevresel faktörler

1. CO2 Miktarı

CO2 fotosentezin karanlık evresinde kullanılır. CO2 miktarı arttıkça, fotosentez hızı belli bir seviyeye kadar artar, CO2 miktarı belli bir değerden sonra artsa da fotosentez sabit hızlda gerçekleşir.

2. Işığın Dalga Boyu

Işığın dalga boyuna olan etkisini Theodore Engelmann yaptığı deneyle göstermiştir. Engelmann beyaz ışığı prizmadan geçirerek kırmızı, turuncu, sarı, yeşil, mavi, mor ışınlara ayırmıştır. Bu ışınları bir akvaryumda bulunan yeşil alg ve O2 li solunum yapan bakteriler üzerine düşürmüştür.
Deney sonunda bakterilerin en fazla mavi ve mor, daha sonra kırmızı ışınların bulunduğu bölümde toplandığını görmüştür. Çünkü bu bölgelerde daha çok fotosentez yapılmakta ve daha çok O2 üretilmektedir. Bakteriler en az yeşil ışığın bulunduğu bölgede toplanmıştır.
Buna göre fotosentez en hızlı mavi, mor ve kırmızı ışıkta olmaktadır. Yeşil ışık yansıtıldığı için fotosentezde en az kullanılan ışıktır.

3. Işık Şiddeti

Işık kaynağının gücüne, kaynağın bitkiye olan uzaklığına göre ışık şiddeti farklı olabilir. Işık şiddeti arttıkça fotosentez hızı belli bir seviyeye kadar artar. Ancak daha sonra ışık şiddeti artsa da fotosentez hızı artmaz, sabit hızda devam eder. Buna göre fotosentez hızı uzun gün ve kısa gün bitkilerinde farklı olur.

[ad1]
 

4. Sıcaklık

Fotosentezin karanlık evresi enzimlerin kataizörlüğünde gerçekleşir. Bundan dolayı sıcaklık faktörü özellikle karbon tutma reaksiyonlarından dolayı fotosentez hızını etkiler.
Optimum sıcaklık derecesinde fotosentez hızı maksimum değerde olur.
Ilıman bölgelerdeki bitkilerde 10 – 35°C arası sıcaklıklarda fotosentez gerçekleşir. Çoğu bitki 35 – 40°C arası sıcaklıklarda fotosentez yapabilirken belirli bir dereceden sonra enzimlerin yapısı bozulacağı için fotosentez yavaşlar ve durur.

5. Su Miktarı ve Mineraller

Su, fotosentezde elektron, hidrojen ve oksijen kaynağı olarak kullanılır. Ayrıca enzimler ancak su oranı belli bir değerde olduğunda çalışabilir.
Fe, Mg, Ca, Na, P, N, S, K gibi mineraller fotosentezde etkilidir. Fe, hem ferrodoksinin yapısına katılır, hem de klorofil sentezinde görevli enzimin yapısına katılır.
Mg, klorofilin yapısına katılır. Mineraller fotosentez enzimlerinin etkinliğini ve ATP sentezini etkiler. Çünkü mineraller enzimlerin yapısında kofaktör olarak bulunur.
Ortamda miktarı en az olan minarel bitki büyümesini sınırlandırır (Minimum yasası).

6. pH

pH, enzimlerin çalışmasını etkiler. Çünkü her enzimin çalışması için optimum bir pH değeri vardır.

7. Sıcaklık ve Işık Şiddeti

Yüksek ışık şiddetindeki fotosentez hızı, düşük ışık şiddetindeki fotosentez hızından daha yüksek olur. Ancak sıcaklık artışı her iki ışık şiddetinde de belirli bir değere kadar fotosentez hızını arttırır. Bu değerden sonraki sıcaklık artışı her iki ışık şiddetinde de fotosentez hızını düşürür.

8. CO2 Miktarı ve Işık Şiddeti

Fotosentez hızı, bu iki faktörden miktarı küçük olana göre belirlenir. CO2 yoğunluğu düşük olduğunda fotosentez hızını CO2 miktarı belirlerken, CO2 yoğunluğu yüksek olduğunda fotosentez hızı ışık şiddetine göre değişir.

B. Kalıtsal Faktörler:

1. Klorofil ve Kloroplast Sayısı:

Klorofil ne kadar fazla ise optimum koşullarda fotosentez hızı da o kadar fazla olur.

2. Yaprak Yüzeyi ve Sayısı:

Yaprak genişliği arttıkça, yaprakta bulunan kloroplast sayısı arttığından fotosentez hızı da artar.

3. Stoma Yeri ve Sayısı:

Stomaların epidermis seviyesine göre konumları bitkinin terlemeyle kaybettiği su miktarını düzenler. Stomalarda kloroplast organeli bulunduğu için stoma sayısı arttıkça fotosentez hızı da artar.

• Stoma, epidermis hücrelerinin farklılaşmasıyla oluşur.
• Birbirine bakan fasulye şeklinde iki hücreden oluşmuştur.
• Stoma hücrelerine bekçi hücresi ya da kilit hücre de denir.
• Stoma hücreleri arasında bir açıklık bulunur. Hücrelerin bu açıklığa bakan çeperleri kalın, diğer çeperi ise incedir.

• 
  Stoma hücrelerinde fotosentez sonucu glikoz miktarı artar.
• 
  Glikoz miktarının artışı hücrenin osmotik basıncının artmasına neden olur.
• 
  Komşu hücrelerden stoma hücrelerine su girer ve hücrelerin turgor basıncı artar.
• 
  Turgor basıncı artan stoma hücrelerinde su ince olan dış çepere basınç uygular.
• 
  Bunun sonucunda stoma hücreleri gerginleşir açılır.
• Stomanın açılması, terlemeyle su kaybını arttırır. Ortam sıcaklığının, topraktaki nem oranının ve rüzgar hızının artışı terlemeyi arttırır.
• Havanın nem oranının artışı ise terlemeyi azaltır.
• Topraktaki su miktarına bağlı olarak terleme hızı değişir.
• Sadece 1. gün su verilen bir bitkinin 3 günlük terleme hızı grafikteki gibi olur.

[m2]

UYARI: Akşamları bitkilerde, solunum sonucu üretilen CO2 miktarı artar. CO2 miktarının artışı pH derecesini düşürür.
(asitliği artırır) Bu pH derecesi bitkideki fosforilaz enzimini aktişeştirir. Fosforilaz enzimi stoma hücrelerindeki nişastayı glikoza dönüştürerek osmotik
basıncı artırır. Bu nedenle stoma hücreleri gece yarısından sonra tekrar açılmaya başlar.

[biyoloji_1_ygs_lys]

Fotosentezin ürünü olan glikoz hem solunum reaksiyonlarında kullanılır, hem de çeşitli reaksiyonlarla başka organik moleküllere dönüşür.

Glikoz disakkaritlerin ve polisakkaritlerin yapısına katılır.
PGAL ve şeker fosfat bileşiklerinden yağ asiti, gliserol,aminoasit, vitamin ve hormon gibi organik moleküller sentezlenir. Bu işlem kloroplastlarda gerçekleşir.

[biyoloji_1_ygs_lys]

Fotosentez, tek kademede gerçekleşen büyük bir reaksiyon değildir. Bazıları ışığa doğrudan bağımlı olan, bazıları da dolaylı olarak ışığa bağımlı olan iki kademede gerçekleşir. Bu kademelerden 1. si aydınlık evre, 2. si ise karanlık evredir. Fotosentez ışık enerjisinin soğurulmasıyla başlar.
Fotosentezde iki önemli olay vardır. Bunlardan birincisi aydınlık evrede gerçekleşen ışık enerjisinin kimyasal enerjiye çevrilmesi, ikincisi de karanlık evrede gerçekleşen CO2 nin organik bileşiklere dönüşmesidir.

I. Aydınlık Evre Reaksiyonları

Fotosentezin aydınlık evre reaksiyonları ışık varlığında gerçekleşir. Kloroplastın granasında ışık enerjisi yardımıyla ATP sentezlenir. Bu olaya fotofosforilasyon denir.
Aydınlık evrede görev alan koenzimler ferrodoksin, plastokinon,sitokrom ve NADP dir.
Aydınlık evre reaksiyonları devirli ve devirsiz fotofosforilasyon olmak iki kısımda incelenir.

a. Devirli Fotofosforilasyon

• 
  Olayda elektron kaynağı klorofil a (PSI) dir.
• 
  Işık enerjisinin etkisi ile klorofil a dan elektron kopar.
• Klorofil a yükseltgenmiş olur.
• 
  Elektron ilk önce ferrodoksine gelir ferrodoksin indirgenmiş olur.

• 
  Elektron ferrodoksinden plastokinona geçer. Ferrodoksin yükseltgenir, plastokinon indirgenir.
• 
  Bu elektron geçişi sırasında açığa çıkan enerji ADP ye P bağlanması için kullanılır ve 1 ATP sentezlenir.
• 
  Plastokinondaki elektron sitokroma geçer. Plastokinon yükseltgenir, sitokrom indirgenir.
• 
  Son olarak sitokromdaki elektron klorofil a ya geçer.
• Sitokrom yükseltgenir, klorofil a indirgenir.
• 
  Bu elektron geçişi sırasında açığa çıkan enerji ADP ye P bağlanması için kullanılır ve 1 ATP sentezlenir.
• Böylece klorofil a dan kopan e–, tekrar klorofil a ya dönmüş olur.
• Devirli fotofosforilasyonda elektron yükseltgenme ve redüklenme reaksiyonları sonucunda ışıktan kazandığıenerjisini sisteme bırakır.
• Bu enerji kullanılarak ADP ye Pbağlanır ve ATP sentezlenir (Fotofosforilasyon).
• 
  Devirli fotofosforilasyonda sadece ATP sentezlenir.

NOT: Elektron alan madde indirgenir, elektron veren madde yükseltgenir.

NOT: Klorofil molekülü her seferinde bir elektron verebilir.Verdiği elektronu almadan tekrar elektron veremez.

b. Devirsiz Fotofosforilasyon

• 
  Devirsiz fotofosforilasyonda klorofil a (PSI) ve klorofil b (PS II) olmak üzere iki pigment sistemi vardır.
• 
  Işık etkisi ile klorofil a dan elektron kopar. Klorofil a yükseltgenir.
• 
  Klorofil a dan kopan elektronu ferrodoksin tutar ve indirgenir.
• 
  Ferrodoksinden fırlatılan elektronları NADP tutar.
• 
  Suyun fotolizle parçalanması sonucu açığa çıkan protonları da NADP yakalar ve NADPH2 oluşur.
• 
  Işık enerjisiyle uyarılan klorofil b den kopan elektron sırasıyla plastokinon , sitokrom ve klorofil a ya geçer.
• Böylece klorofil a nın elektron açığı kapatılmış olur.
• 
  Sitokromdan klorofil a ya elektron geçişi sırasında çıkan enerji ATP sentezinde kullanılır.
• 
  Klorofil b nin elektron açığı ise suyun fotolizi sonucu açığa çıkan OH– iyonuna ait elektronlarla sağlanır.
• 
  Elektronları klorofil b ye geçen hidroksil iyonları birleşerek su moleküllerini ve moleküler oksijeni oluşturur.
• 
  Devirsiz fotofosforilasyonda 1 ATP, 2NADPH + H+, 2H2O ve 1 O2 oluşur.

[ad1]
,

II. Karanlık Evre Reaksiyonları

Karanlık evre reaksiyonları kloroplastın stromasında gerçekleşir.
Işık direkt olarak kullanılmadığı için bu evreye “karanlık” denmiştir.
Karanlık evre reaksiyonları ışıkta ve ışık reaksiyonları ile beraber gerçekleşir.
Bu evrede çalışan enzimler ancakışık varlığında aktişeşir. Enzimler görevli olduğu için bu evre sıcaklık değişimlerinden etkilenir.
Aydınlık evrede sentezlenen ATP, NADPH2 ler ve H2O ların bir kısmı karanlık evrede tüketilir.

Karanlık evrede gerçekleşen olaylar;

• 
  CO2 kloroplasta girince 5 C lu ribulozdifosfatla (RDP) birleşir ve 6 C lu kararsız ara bileşik oluşur.
• 
  Bu bileşik H2O yardımıyla hemen ikiye ayrılır ve iki molekül 3 C lu fosfogliserik asite (PGA) dönüşür.
• 
  PGA lerin her birine aydınlık evrede oluşan ATP lerden birer tanesinin fosfatı bağlanır ve 3 C lu difosfogliserik asit (DPGA) oluşur.
• Aydınlık evrede oluşan NADPH + H+ lerin hidrojenleri DPGA ya bağlanır ve 3 C lu fosfogliseraldehit (PGAL) oluşur.
• 
  PGAL lerin bir kısmı 6 C lu bir şeker olan fruktoza dönüşür.
• 
  Fruktoz daha sonra izomeri olan glikoza dönüşür.
• 
  PGAL lerin bir kısmı da aydınlık evrede oluşan ATP lerin geri kalanlarının fosfatlarını alarak ribuloz difosfata (RDP) dönüşür.
• 
  RDP molekülleri yeni bir karanlık evreyi başlatır.

UYARI: Glikoz 6 C lu bir moleküldür. Karanlık evre reaksiyonlarında 1 glikoz molekülünün sentezi için 6CO2 gereklidir.
Bundan dolayı 1 glikoz molekülünün sentezi için karanlık evre reaksiyonları 6 kez gerçekleşir. Toplam 18 ATP,12 NADPH2 harcanır. Karanlık evrede harcanan bu moleküller aydınlık evreden geldiği için, aydınlık evre reaksiyonları da 6 kez gerçekleşir.
[m2]
NOT: Karanlık evredeki dönüşümler için gerekli enerji aydınlık evre reaksiyonlarında fotofosforilasyonla sentezlenen ATP den, hidrojenler ise devirsiz fotofosforilasyonda
fotoliz olan H2O nun hidrojenlerini taşıyan NADP H2 den sağlanır.

[biyoloji_1_ygs_lys]

• 
  Kloroplast ökaryot hücrelerde fotosentezin gerçekleştiği organeldir.
• 
  Çift zarlıdır.
• 
  Stroma ve grana olmak üzere iki bölümü vardır.
• 
  Klorofil, iç kısımdaki grana denilen lamelsi yapılarda bulunur.
• 
  Kloroplastta granaların bulunduğu sıvı kısma ise stroma denir.
• 
  Stromada DNA, RNA, ribozom, enzimler ve mineraller vardır.

Klorofilin Yapısı

• Klorofil kloroplasta yeşil renk veren moleküldür. Işık enerjisini soğurur. Klorofil, üzerine düşen ışık enerjisini soğurduğunda elektron fırlatır ve fotosentezin başlamasını sağlar.

Klorofilin yapısında karbon (C), hidrojen (H), oksijen (O),azot (N) ve magnezyum (Mg) atomları bulunur. Mg, molekülünortasında yer alır. Mg atomunun etrafında 4 pirol halkası bulunur.
Bunların bir tanesine uzun yan zincirli bir alkol olan fitol bağlanır. Klorofil sentezi için Fe ve Mg iyonları ile ışığa ihtiyaç vardır. Mg klorofilin yapısına katılır, Fe ise klorofil sentezinde görevli olan enzimin kofaktörüdür.
Klorofil molekülünün 20 kadar çeşiti vardır. En önemlileri klorofil a ve klorofil b dir.

NOT: Bitkilerde çiçek ve meyvelerin renklerini oluşturan karoten, ksantofil gibi pigmentler farklı dalga boyundaki ışınları emerek klorofile aktarırlar. Bunlar doğrudan ışık enerjisini kimyasal enerjiye dönüştüremezler

[biyoloji_1_ygs_lys]

Ekosistemdeki bütün canlıların enerji kaynağı doğrudan veya dolaylı olarak güneştir. Fotosentetik canlılar güneş enerjisinden doğrudan yararlanırlar ve kimyasal bağ enerjisine dönüştürürler. Heterotrof canlılar da fotosentetik canlılarla beslenerek dolaylı yoldan güneş enerjisinden yararlanmış olurlar.
Fotosentez ışık enerjisi kullanılarak inorganik maddelerden organik madde sentezlenmesidir.

Fotosentez klorofili olan canlılarda gerçekleşir. Klorofil molekülü fotosentez yapabilen prokaryot canlılarda sitoplazmada, ökaryot canlılarda ise kloroplastta bulunur.
Fotosentez prokaryotlardan mavi–yeşil alglerde ve bazı bakterilerde, ökaryotlardan öglena gibi bazı protistlerde ve yeşil bitkilerde gerçekleşir.

[biyoloji_1_ygs_lys]