Fotosentez Tepkimeleri...

Fotosentez :
Canlıların enerji elde etmek için izledikleri diğer bir yol ise fotosentezdirFotosentezin kimyası oldukça karışıktırFotosentezin ATP üretme sisteminin temeli, ışık enerjisinin klorofil molekülleri tarafından absorbe edilerek enerji isteyen kimyasal reaksiyonlarda kullanılması şeklindedirYani ışık enerjisi kimyasal enerjiye dönüşmektedir
Fotosentez denklemlerini " Işık tepkimesi " ve " Karanlık tepkimesi " olmak üzere en sade haliyle aşağıdaki şekildeki gibi özetleyebiliriz







Aydınlık devrede, klorofil tarafında absorbe edilen ışık enerjisi, ATP üretiminde kullanılırATP üretimi için gerekli H (+) iyonları ise su moleküllerinden karşılanırSuyun özel enzimlerle parçalanmasıyla açığa çıkan oksijen gazı serbest kalırken H (+) iyonları ise NADPH ve ATP üretimi için reaksiyonlara katılır
Karanlık devre, aydınlık devrede üretilen NADPH ve ATP moleküllerinin enerji gereksinimi için kullanıldığı devredirBu devrede ışık enerjisi rol oynamadığı için bu devreye karanlık devre denirYani karanlık devrede yanlızca kimyasal enerji iş görmektedirATP ve NADPH ların kullanımıyla elde edilen enerji, karbonhidrat ve glikoz sentezi için kullanılır (Glikozun kapalı formülü C6H12O6 dır)
Fotosentez reaksiyonları " Kloroplast " adı verilen yeşil renkli pigmentler içerisinde gerçekleşirBu pigmentin içerisinde en önemli yeri " Klorofil " molekülü tutmaktadırKlorofil, ortasında Mg (magnezyum) atomu bulunan karmaşık yapılı bir organik bileşiktirKloroplastın içerisinde lamelli yapılar, bu yapıların membranlarının içerisinde ise klorofil molekülü gruplar halinde bulunurlarBu kloforfil grupları, ışık enerjisini absorbe ettiği zaman elektron fırlatır ve asıl sentezleme işlemi bu noktadan sonra başlarBu karmaşık işlemlerin nasıl meydana geldiğini şekilerle görelim



Kloroplast şekildeki gibi kanallı bir yapıya sahiptir
Bu kanallar aslında kloroplastın çift katlı zarının iç tarafındakinin katlanmalarıyla meydana gelmiştirBu yassı keseciklere " Lamel ", lamellerin üst üste gelerek grup oluşturmuş haline ise " Grana " adı verilirFotosentezin reaksiyonları, ince lamel (tilakoid) zarının içerisinde meydana gelir

Klorofil molekülleri lamel zarları içerisinde birbirinden bağımsız olarak konumlanmazlarKlorofil molekülleri 200 - 300 er gruplar halinde kümelenirler ki bu kümelere " Kuantozom " adı verilir


Kuantozom yani klorofil molekül grupları, ışık enerjini absorbe ederek molekül grubunun ortasında bulunan ve
" P680 " olarak adlandırılan bir çeşit moleküle kadar iletirBu molekül klorofil molekülleri tarafından kendisine iletilen ışık enerjisinin etkisiyle elektron fırlatır

Bundan sonraki basamakları şekil üzerinde görelim







Şekildeki reaksiyonlar tilakoid zarının içerisinde cereyan etmektedir
Stroma bölgesi kloroplastın iç bölgesidirTilakod zar, lamelin etrafını saran zar olup lamelin iç tarafına ise
" Lümen " denirIşık fotonları sol tarafta görülen 1kuantozoma çarpınca (Bu kuantozom fotosistem 2 dir), klorofil molekülleri (yeşil noktalar) molekülleri ışık enerjisini absorbe ederek merkezdeki P680 molekülüne (kırmızı renkli) kadar iletirlerP680, suyun parçalanması ile serbest kalan 2 elektronu, henüz keşfedilememiş bir aracı moleküle iletir
Elektronlar bu molekül üzerinden " Plastokinon (PQH) " ' a gelirPlastokinon kendini redükte etmek için stromadan yani tilakoid membranının dış tarafından yada diğer bir deyimiyle kloroplastın iç tarafından H (+) iyonunu alırElektronlar plastokinondan çıktıktan sonra Sitokrom - f ' ye giderken ATP senezine katılırSitokfom - f ye gelen elektron ardından merkezinde P700 molekülü bulunan diğer kuantozoma gelir (Bu kuantozomda fotosistem 1 dir)Fotosistem 1 e ulaşan elektronlar buradan, yapısında demir ve sülfür bulunduran protein kompleksine gelirElektronların buradan sonra izleyebileceği iki yol vardır
Ya Sitokrom - b6 üzerinden plastokinona geri döner, yada ferredoksin molekülüne giderek NADPH sentezini gerçekleştirir
P680 molekülü P700 molekülüne göre daha kısa dalga boyuna sahip ışınları absorbe ederEğer P680 sistemi çalışmaz ise su parçalanamayacağı için H (+) iyonu serbest kalamayacak ve NADP redüklenemeyecektir Dolayısıyla P700 sistemi elektronunu demir sülfürlü protein üzerinden sitokrom - b6 ya fırlatarak bir döngü oluşmasını sağlarİşte bu şekilde bir elektron döngüsüyle ATP sentezlenmesi olayına " Devresel
fotofosforilasyon " denir
Eğer P680 sistemi aktif ise, suyun parçalanmasıyla serbest kalan 2 elektronu kazandığı gibi plastokinona ve oradanda P700 sistemine gönderirP700 den fırlatılan elektronlar, demir sülfürlü protein üzerinden " Ferredoksin " ' e ulaşır ve ortamdaki serbest H (+) iyonlarını kullanılarak NADPH sentezini gerçekleştirilirP680 tarafından verilen elektronlar molekülün bulunduğu kuantozoma bir daha dönmediği için bu şekilde NADPH sentezlenmesi olayına
ise " Devresel olmayan fotofosforilasyon " adı verilir
Stromadan plastokinon (PQH) ' a gelen hidrojen, yine plastokinon üzerinden lümene geçerPlastokinon burada H (+) iyonunu ileten bir mekik görevi üstlenmiştirH (+) iyonları lümene geçtikten sonra aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi ATP sentezlenir





Bu mükemmel sistem sayesinde bitki kendi bünyesi için ATP üretip enerji sağlarken, aynı zamanda yaşamımız için gerekli olan oksijenide atmosfere serbest bırakmış olur


Doğada atmosfere serbest bırakılan oksijenin % 80 ' i deniz bitkileri ve fotosentez yapan mikroorganizmalar tarafından üretilirGeriye kalan % 20 lik kısım ise kara bitkileri tarafından üretilirBitkiler ürettikleri ATP enerjisini kullanarak glikoz ve karbonhidrat moleküllerini sentezlemektedirÜretilen bu maddelerin yanlızca % 10 luk kısmı besin kaynağı olarak doğaya sunulurken, % 90 lık kısmını ise bitki, kendi yapısal organizasyonunu kurmak için kullanırMesela gövdenin odunlaşması gibi
Fotosentezin hızı ise çeşitli faktörlere bağlıdırBu faktörler arasında ortamın CO2 konsantrasyonu, sıcaklık, bitkinin topraktan çektiği su miktarı, nemlilik ve yaprak yapısı bu faktörlerin başında gelir
Fotosentezde yukarıda anlattığımız sisteme alternatif olarak değişik yollarda vardırBitkiler normalde gündüzleri yaprak stomalarını açarak CO2 yi absorbe eder ve aynı anda güneş ışığıyla birlikte fotosentez reaksiyonlarını gerçekleştirirFakat çöl bitkilerinde durum böyle değildir
Çöllerde sıcaklık yüksek olduğu için bitki, stomalarını gündüz vakitlerinde kapalı tutarÇünki açık tutması halinde bitki aşırı miktarda su kaybedecek ve ölecektirFakat stomalar açılmadan atmosferden CO2 absorbe etmekte mümkün değildir
Bitki bu problemin üstesinden nasıl gelmiştir ?
İnsanoğlu olarak kolay kolay çözüm bulamayacağımız bu büyük problemi, bitki kendisine verilen mükemmel enzimler sayesinde rahatlıkla çözmekte ve tıpkı diğer bitkiler gibi fotosentez yapıp ATP gereksinimini karşılamaktadır


Sistem şu şekilde çalışır ;




Şekildeki bitkilerde CAM metabolizmasını anlatan çizim görülmektedir
Bitkinin yaprakları gündüzleri kapalı olmasına karşın geceleri açıktırGeceleri atmosferden absorbe ettiği CO2 gazını PEP (Fosfoenol pirüvik asit) ile reaksiyona sokarak " Malik asit " üretmektedirÜrettiği malik asidi hücrelerindeki vakuollerde biriktirip depo eder
Gündüzleri ise stomaları kapar ve bu nedenle artık hücrelere CO2 girişi dururFakat bitki CO2 gazını malik asiti parçalayarak elde ederNADP, malik asiti dekarboksile eder ve NADPH ' a dönüşürMalik asit dekarboksile olurken hem yapısındaki CO2 yi serbest bırakır hemde pirüvik asite dönüşür

Pirüvik asit (3 karbonlu) daha sonra kalvin çemberi adı verilen reaksiyon basamakları ile 6 karbonlu şekerlere dönüştürülerek, geceleri tekrar PEP i vermek için reaksiyonlara katılır
Özet olarak ; Bitki geceleri absorbe ettiği karbondioksiti PEP yardımıyla malik asite çevirmekte, gündüzleri ise stomalarını kapayarak malik asiti parçalayıp karbondioksit gazını tekrar elde etmektedirBitkinin bu şekilde asit sentezleyip bu asiti gerektiği zaman yıkması olayına " Crassulacean asit metabolizması (CAM) " adı verilir

Buraya kadar anlatılan kimyasal reaksiyonlar bitki ve hayvan organizmalarındaki karmaşayı gözler önüne sermektedirHücrenin kendi içerisinde bile olağan üstü karmaşa içerisinde metabolik olaylar cereyan etmektdirMilyarlarca trilyonlarca hücrenin birbirleriyle anlaşarak eşi benzeri olmayan kimyasal fabrikalar gibi çalışması, canlıların yapısal organizasyonlarının kusursuz bir şekilde tasarlandığını ortaya koymaktadır
Bugün teknolojisi, canlıların içerisinde yürüyen metabolik faaliyetlerin bir benzerini değil yapmak yanından bile geçememektedirBuraya kadar anlatmaya çalıştığımız onlarca metabolik faaliyetler, hücre içinde yürüyen kimyasal reaksiyonların yanında çöldeki kum tanesi kadar kalmaktadır