Fotosentez Reaksiyonları

Fotosentez Reaksiyonları

• Fotosentez, birden fazla basamağa sahip olan iki farklı reaksiyon şeklinde gerçekleşir.
• Bunlar;

1. Işığa bağımlı reaksiyonlar ve
2. Işıktan bağımsız reaksiyonlar adını alır.

Işığa Bağımlı Reaksiyonlar

• Işığa bağımlı reaksiyonlar; ökaryot hücrelerdeki kloroplastın granalarında, prokaryotların hücre zarı kıvrımlarında gerçekleşir.
• Bu reaksiyonlar ışık olmadan gerçekleşmez.
• Bu evrede; ışık enerjisi, kimyasal enerjiye dönüştürülüp ATP içerisinde geçici olarak depolanır.
• Ayrıca klorofil tarafından soğurulan ışığın bir kısmı ile su molekülleri parçalanır.
• Bu olaya fotoliz denir.

• Suyun parçalanması ile açığa çıkan hidrojenler (H+), bir çeşit koenzim olan NADP+ (nikotinamid adenin dinükleotit fosfat) ile tutularak NADPH molekülü üretilir.
• Fotoliz sonucu açığa çıkan oksijenin fazlası, atmosfere bu evrede verilir.
• Robert Hill, 1937 yılında ortamda ışık, su ve uygun bir hidrojen yakalayıcısı bulunduğunda kloroplastların CO2 olmadan O2 oluşturabildiklerini görmüştür.
• Elektron alıcısının sudaki hidrojeni tutarak oksijeni serbest bırakmasına bu nedenle Hill reaksiyonu adı verilmiştir.

Işığa Bağımlı Reaksiyonlarda;

•  ATP sentezi için klorofilin ışığı soğurması ve ışık tarafından uyarılmış elektronların klorofilden ayrılması gerekir.
• Kloroplastın tilakoid zarında, ışık soğuran pigmentler (klorofil ve karotenoitler) ve proteinler içeren fotosistemler vardır.
• Fotosistemler, anten kompleksi ve tepkime merkezi içerir.
• Anten kompleksinde bulunan klorofiller ve karotenoitler; ışığı soğurarak tepkime merkezindeki klorofile aktarır ve tepkime merkezindeki klorofilin elektronları yüksek enerjili hâle gelir.
• Elektronlardaki enerjiden ATP sentezi yapılabilmesi için elektronları tutabilecek bir sisteme ihtiyaç duyulur.
• Bu amaçla kloroplastların granumlarında elektron taşıma sistemi (ETS) yer alır.
• Klorofilden ayrılan elektronlar, yükseltgenme ve indirgenme kurallarına göre ETS’de bulunan bir molekülden diğerine aktarılır.
• Bu aktarım sırasında elektronlardaki enerjinin bir kısmı ile ATP sentezlenirken bir kısmı da ısı enerjisi şeklinde sistemden uzaklaştırılır.
• Bu şekilde ışık enerjisi yardımıyla ATP sentezlenmesine fotofosforilasyon denir.
• Işığa bağımlı reaksiyonlar sırasında üretilen NADPH ve ATP ışıktan bağımsız reaksiyonlara aktarılarak organik madde sentezinde kullanılır.
• Fotofosforilasyonla üretilen ATP, sadece fotosentezde organik madde sentezi için tüketilir.

Işıktan Bağımsız Reaksiyonlar

• Fotosentezin ışıktan bağımsız reaksiyonları; ökaryot hücrelerde stromada, prokaryot hücrelerde ise sitoplazmada gerçekleşir.
• Işıktan bağımsız reaksiyonlar, 1961 yılında Melvin Calvin’in (Melvin Kalvin) yaptığı araştırmalar sonucu açıklanmıştır.
• Bu reaksiyonlar Kalvin döngüsü olarak da bilinir.

• Bu evre sayesinde stromada CO2 tüketilerek başta glikoz olmak üzere organik madde çeşitlerinin birçoğu sentezlenir.
• Işıktan bağımsız reaksiyonlarda ışık doğrudan gerekli olmasa da ışığa bağlı reaksiyonlarda açığa çıkan ATP ve NADPH’a ihtiyaç duyulur.
• 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 sonucu açığa çıkan enerji ile CO2 ve NADPH’ın hidrojenleri birleştirilir.
• 3 karbonlu fosfogilseraldehit (PGAL) molekülleri sentezlenir. PGAL’nin bir kısmı glikoza dönüşürken bir kısmı da diğer organik maddelerin sentezinde kullanılır.
• Dönüşüm sırasında açığa çıkan NADP+, ADP ve inorganik fosfat molekülleri ise stromadan granaya aktarılır ve ışığa bağlı reaksiyonlarda yeniden NADPH ve ATP sentezinde kullanılır.
• Kısaca fotosentezin ışığa bağımlı reaksiyonlarında H2 O fotolize uğrar, ATP ve NADPH sentezlenir, O2 açığa çıkar.
• Işıktan bağımsız reaksiyonlarda ise CO2 , ATP ve NADPH’ın hidrojenleri tüketilir ve PGAL sentezlenir.
• PGAL, diğer organik moleküllerin sentezine temel teşkil eden önemli bir moleküldür.
• Kloroplastın stroma kısmında PGAL’den bitkinin ihtiyaç duyduğu tüm organik moleküller dönüşüm reaksiyonları ile üretilir.

Organik Moleküllerin Sentezi

• Bitkilerde ışıktan bağımsız reaksiyonlarda üretilen PGAL’lerden glikoz üretilir.
• Glikoz, güneş enerjisinin kimyasal enerji olarak depolandığı moleküldür.
• Bu glikozlar, sükroz ve nişasta sentezinde kullanılır.

• Sükrozun fazlası iletim demetleri ile bitkinin büyüyen kısımlarına ve besin üretilmeyen diğer kısımlarına taşınarak metabolik olaylarda kullanılır.
• Fotosentez sonucu üretilen glikozların bir kısmı solunumda kullanılır.
• Geriye kalan glikozların fazlası, ışıklı ortamda nişasta şeklinde depo edilir.
• Depolanan nişasta molekülleri, ışıksız ortamlarda hücreye enerji sağlamak ve hücrenin karbon iskeletini oluşturmak için yapı taşlarına (monomerlerine) ayrılır.
• Fotosentez reaksiyonları sonucu oluşan PGAL’lerden, şeker-fosfat bileşiklerinden dönüşüm reaksiyonları ile yağ asidi, gliserol, amino asit, vitamin, hormonlar ve çeşitli azotlu organik bazlar sentezlenir.
• Dönüşüm reaksiyonlarının birçoğu kloroplastlarda gerçekleşir.

• Işıktan bağımsız reaksiyonlarda; amino asit, vitamin, azotlu organik baz gibi organik besinlerin PGAL molekülünden üretimi için azot gereklidir.
• Bitkiler, azot ihtiyaçlarını topraktan azot tuzu alarak karşılar.
• Alınan azotlu tuzlar, iletim dokusuyla yapraklara taşınır.
• Yapraklarda fotosentez reaksiyonları sırasında karbondioksit özümlemesi yapılırken bu azotlu tuzlar kullanılır.