Fotosentez nasıl gerçekleşir

Fotosentez Nedir?

Bütün enerjilerin kaynağı Güneş’tir. Hiçbir canlı Güneş’in ışık enerjisini doğrudan kullanamaz; ancak onu başka enerji şekillerine dönüştürerek Güneş’in ışık enerjisinden yararlanabilir. Biyosferin en önemli enerji dönüşümü fotosentezle gerçekleştirilir. Dünyamıza ulaşan Güneş ışığı bitkiler tarafından emilerek fotosentezde kullanılır. Klorofil gibi özel pigmentlere sahip bitkiler, algler, bakteriler Güneş enerjisini tutarak hücrelerin yararlanabileceği enerji şekline dönüştürür. Yeşil bitkilerin Güneş enerjisini kullanarak inorganik maddelerden organik besin maddesi sentezlemesi olayına fotosentez denir. Foto: ışık; sentez ise birleşme anlamına gelir.

Fotosentezle ilgili ilk çalışmalar 1772 yılında, Joseph Priestley (Yosef Prestliy) tarafından yapılmıştır. Priestley, fanus içinde yanan bir mumun kirlettiği havayı aynı yerdeki bitkinin temizlediğini göstermiştir.

Bitkilerin büyük çoğunluğu ototroftur; bulunduğu ortamdan su, mineral tuzlar, karbondioksit gibi maddeleri doğrudan alıp, fotosentez yardımıyla organik besin maddelerine dönüştürerek yaşamını sürdürebilir. Fotosentez, üstün yapılı bitkilerde genellikle yapraklarda gerçekleştirilmekle birlikte, kaktüs gibi yaprağı az bitkilerde sap bölümünde de gerçekleştirilebilir. “Bitkinin kimya fabrikası” olan yapraklar, görevlerine uygun özellikler taşır. Yaprakların yüzeylerinin geniş olması, fotosentez için gerekli gaz alışverişlerine uygun ortam yaratır. Yaprağın yassı biçimi, tüm hücrelerin dış ortama yakın olmasını sağlar; böylece gaz alışverişi kolaylaşır ve Güneş ışığı fotosentez yapan bütün hücrelere ulaşabilir. Ayrıca yaprakların birçok gözeneğe sahip olması gaz alışverişini kolaylaştırır. Bitki büyürken, yaprakları fotosentez yapmaya uygun biçimde düzenlenir. Evlerimizdeki çiçeklerin yapraklarını pencereye doğru çevirdiğini görmüşüzdür. İşte bunun sebebi; bitkilerin fotosentez yapabilmeleri için gerekli olan Güneş ışığını alabilmeleridir.
Yaprakların birçok işlevi vardır. Yaprakların geniş olan yüzeyleri, Güneş ışığından kaynaklanan fazla ısının atılmasını sağlar. Su kaybını önlemek için, yaprakların Güneş’e dönük olan üst yüzü çoğunlukla “kutikula” adı verilen bir tür su geçirmez, koruyucu cilayla örtülüdür. Yaprakların alt yüzünde ise gaz alışverişini sağlamakla görevli özel deri hücreleri olan gözenekler bulunur. Gözeneklerin açılıp kapanması, karbondioksit alıp oksijen vermeye yetecek; ancak su kaybına yol açmayacak biçimde bitki tarafından düzenlenir. Fotosentez olayının gerçekleşmesini sağlayan yaprağı yakından tanıyalım.

 

Besin Kaynağı Harikası Yaprak

Bitkilerde gövde ve dallara bağlı, yeşil renkli, fotosentez yapan ve yüzeyi geniş olan bitki organıdır. İletim demetleri açısından zengindirler.
Yaprağın Kısımları :

a) Yaprak sapı : Yaprağı bitkiye bağlayan kısımdır. Besin, su ve mineral maddeleri taşıyan iletim demetleri bulundurur. Bazı bitkilerin yaprak sapı yoktur. Bunlara örnek olarak; soğan, buğday ve pırasa verilebilir.

b) Yaprak kını : Yaprak sapının dala bağlandığı şişkinleşmiş kısımdır.

c) Yaprak ayası : Yaprağın geniş ve yassı kısmıdır. Üzerinde iletim damarları, gözenekler (stomalar), kloroplastlı hücreler bulunur. Yaprağın şekli yaşadığı yer ve iklim şartlarına göre değişir.

Stomalar : Fotosentez için gerekli olan karbondioksiti alır ve üretilen oksijeni dışarı atar. Solunum için gerekli oksijeni alır ve oluşan karbondioksiti dışarı atar. Terleme sonucu oluşan suyu dışarı atarak, topraktan su ve mineral madde alınmasını sağlar.

Damarlar : Yaprak ayasında yayılan borucuklar sistemidir. Gövde ile yaprak arasında madde alışverişini sağlar.

Yaprak Çeşitleri :

a) Ayalarına göre yapraklar

1. Basit yaprak : Yaprak ayası tek parçadan oluşur. Örneğin; elma, armut.
2. Bileşik yaprak : Yaprak ayası birden çok parçadan oluşur. Örneğin; akasya, at kestanesi.

b) Damar şekline göre yapraklar

1. Tüysü damarlı yaprak: Erik, kiraz, elma.
2. El ayası damarlı yaprak: Asma, çınar.
3. Paralel damarlı yaprak: Mısır, buğday.

c) Ayalarının kenarlarına göre yapraklar

1. Düz kenarlı yaprak
2. Dişli yaprak
3. Bölümlü yaprak
4. Parçalı yaprak

Yaprakların şekli fotosentezi etkiler. Geniş yapraklı bitkiler, Güneş ışığından daha çok yararlanma olanağına sahiptirler.

Yaprağın Görevleri

a) Solunum yapmak : Yapraklar, sahip oldukları stomalar sayesinde oksijen alır ve yaprak hücrelerindeki mitokondrilerde, ürettikleri glikozu kullanarak solunumu meydana getirirler.

b) Fotosentez yapmak

c) Terleme yapmak: Yaprakta solunum ve fotosentez sonucu artan ısının azaltılması amacıyla, ısının fazlasının suyun buharlaşması sonucu dışarıya atılmasıdır. Bitkiler, solunumu sürekli gerçekleştirdiklerinden sürekli terleme yaparlar. Terleme hızını; yaprak ayasının büyüklüğü, stoma sayısı, nem, sıcaklık gibi faktörler etkiler. Kaktüs gibi bazı bitkilerde, terlemenin azaltılması için yapraklar diken şeklindedir.

YAPRAĞIN İÇİNDE NELER OLUYOR?

Birkaç milimetre kalınlığındaki herhangi bir yaprak, bir fabrika kadar büyütülseydi ve biz de onun içinde dolaşabilseydik, gördüklerimiz karşısında şaşkınlığa düşerdik. Örneğin; küçük bir maydanoz yaprağının içinde dahi çok gelişmiş ve her tarafı sarmış bir boru ağı, yirmiden fazla kimyasal madde üreten ve bunları depolayan kimya merkezleri, Güneş enerjisini hiç durmadan besine çeviren enerji santralleri, bu işi başlatan güneş kolektörleri, her noktada karşımıza çıkan hava kontrol merkezleri, çok güçlü bir güvenlik ve haberleşme sistemi ve daha ne işe yaradığını bilim adamlarının da anlayamadığı pek çok bölümü içeren dev bir kimyasal tesisle karşılaşırdık.

Burada çalışanları durdurup bilgi almak ise mümkün değildir. Çünkü yağ, karbon ve hidrojen gibi maddelerden oluşmuş işçilerin ne konuşacak ağızları, ne bizi görecek gözleri, ne söylediklerimizi kavrayıp anlayacak beyinleri, ne de durup bize cevap verecek vakitleri vardır. İlk bakışta hiçbir tereddüte yer bırakmadan anlaşılan ise bu sistemin mükemmel bir şekilde işlediğidir.

Bu sistemi kontrol eden bir beyin yoktur. Bu yüzden bitkinin her parçası bir diğerinden bağımsız olarak gelişir, buna rağmen her parça ve her doku inanılmaz bir uyum ve işbirliği sergilemektedir. Bitki içinde hücrelerin nasıl haberleştiği, hücrelerin neden farklı dokular oluşturduğu henüz tam olarak çözülememiştir. Bu farklı yapıları oluştururken ortaya çıkan emir komuta zinciri ise bir sır olmaya devam etmektedir.

Yaprakta görülen kusursuz tasarımın temel elemanları hücrelerdir. Aslında biz bitkinin özelliklerinden ve faaliyetlerinden söz ederken, bitki hücrelerinin özellik ve faaliyetlerini anlatırız. Bitkinin yapısını oluşturanlar da hücrelerdir. Bitkiyi meydana getiren bu hücreler, zamanı geldiğinde farklı dokular oluşturmaya başlarlar. Bazıları bir araya gelerek yaprak ve yaprak damarlarını, bazıları bitkiyi ayakta tutan odunsu yapıyı, bazıları ise kimyasal işlemleri gerçekleştiren dokuları oluştururlar. Her doku belirli bir tasarıma, belirli bir göreve ve yapıya sahiptir.
Yaprağı oluşturan dokular güneş ışığını maksimum toplayacak, her türlü dış etkiye dayanabilecek, en az malzemeyle en fazla işlem yapabilecek şekilde tasarlanmıştır. Ayrıca yaprak bir kağıt inceliğinde olmasına rağmen içine sığdırılmış olan milyonlarca özel hücreyi koruyacak ve içindeki kompleks ve yoğun trafiği kontrol edecek yapılarla donatılmıştır.

FOTOSENTEZ NASIL GERÇEKLEŞİR ?

Yeşil bitkiler, topraktan aldıkları madensel tuz ve suyu odun borularıyla yapraklara kadar taşır. Yapraklardaki klorofiller, Güneş ışığını emerler ve kloroplastlarda fotosentez reaksiyonları gerçekleşir. Bu reaksiyonlar sonucunda besin (glikoz) oluşur ve oksijen açığa çıkar. Bu olay aşağıdaki şekilde gösterilir :

Fotosentez İçin Gerekli Olanlar

İçeride Üretilenler

• Enzim
• Klorofil

Dışarıdan Alınanlar

• Karbondioksit
• Su
• Işık
• Madensel tuzlar

Bu kimyasal fabrikada her şey olup biterken, işlemler sırasında kullanılacak enerjinin özellikleri de ayrıca tespit edilmiştir. Fotosentez işlemi bu yönüyle incelendiğinde de, gerçekleşen işlemlerin ne kadar büyük bir hassasiyetle tasarlanmış olduğu görülecektir. Çünkü Güneş’ten gelen ışığın enerjisinin özellikleri, tam olarak kloroplastın kimyasal tepkimeye girmesi için ihtiyaç duyduğu enerjiyi karşılamaktadır.

Güneş’in ışığı fotosentez için özel olarak mı ayarlanmıştır? Yoksa bitkiler, gelen ışık ne olursa olsun, bu ışığı değerlendirip ona göre fotosentez yapabilecek bir esnekliğe mi sahiptirler?
Bitkiler hücrelerindeki klorofil maddelerinin ışık enerjisine karşı duyarlı olmaları sayesinde fotosentez yapabilirler. Buradaki önemli nokta klorofil maddelerinin çok belirli bir dalga boyundaki ışınları kullanmalarıdır. Güneş tam da klorofilin kullandığı bu ışınları yayar. Yani güneş ışığı ile klorofil arasında tam anlamıyla bir uyum vardır :

Fotosentezi gerçekleştiren molekül, klorofildir… Fotosentez mekanizması, bir klorofil molekülünün Güneş ışığını absorbe etmesiyle (emmesiyle) başlar.

Ama bunun gerçekleşebilmesi için, ışığın doğru renkte olması gerekir. Yanlış renkteki ışık, işe yaramayacaktır. Bu konuda örnek olarak televizyonu verebiliriz : Televizyonun bir kanalın yayınını yakalayabilmesi için, doğru frekansa ayarlanmış olması gerekir. Kanalı başka bir frekansa ayarlayın, görüntü elde edemezsiniz. Aynı şey fotosentez için de geçerlidir. Güneş’i televizyon yayını yapan istasyon olarak kabul ederseniz, klorofil molekülünü de
televizyona benzetebilirsiniz. Eğer bu molekül ve Güneş birbirlerine uyumlu olarak ayarlanmış olmasalar, fotosentez oluşmaz.

FOTOSENTEZİ ETKİLEYEN ETMENLER

Fotosentezi etkileyen etmenler, çevresel ve genetik faktörler olmak üzere ikiye ayrılır.
1) Çevresel Faktörler : Karbondioksit miktarı, ışık şiddeti, sıcaklık ve mineral tuzları.
2) Genetik Faktörler : Kloroplast sayısı, su miktarı, yaprak genişliği, stomaların yapısı ve sayısı, kutikula kalınlığı ve enzim miktarı.

1) Çevresel Faktörler

• Karbondioksit miktarı : Karbondioksit miktarı artınca fotosentez hızı belli bir seviyeye kadar artmakta, sonra sabit kalmaktadır.
• Işık şiddeti : Işık şiddeti arttıkça, fotosentez hızı da bir süre artar, sonra sabit kalır. Karbondioksit ve ışığın etkisi birlikte incelenirse daha farklı bir durum ortaya çıkar. Düşük karbondioksit yoğunluğunda, fotosentezin hızını yalnız karbondioksit belirlerken, karbondioksit bol olduğu zaman fotosentezin hızı, ışık şiddetine göre değişir. Fotosentez, mavi-mor ışıkta en hızlı; yeşil ışıkta en yavaş gerçekleşir. Bu olay, klorofilin ışığı alma oranının farklı ışıklarda, farklı olmasından kaynaklanır.
• Sıcaklık : Sıcaklık, fotosentezde görev yapan enzimleri etkilediğinden önemlidir. Sıcaklık, 400C’nin üzerine çıkarsa fotosentez hızı düşer.
• Mineral tuzları: Bitkiler, mineral tuzlarını suda çözünmüş olarak topraktan alırlar. Bu tuzların eksikliği klorofil eksikliğine yol açar. Klorofil eksikliği de fotosentez hızını düşürür.

2) Genetik Faktörler

• Kloroplast sayısı : Bitki hücrelerindeki kloroplast sayısı 20-100 arasında değişir. Fotosentezi gerçekleştiren bu organellerin sayısı arttıkça, fotosentez hızı da artar. Yaprağı koyu yeşil olan bitkilerde kloroplast çok, açık yeşil olanlarda azdır.
• Su miktarı : Su, fotosentezin ham maddesidir. Bitkide su miktarı %18’in altına düşerse fotosentez durur.
• Yaprak genişliği : Yeşil bitkilerin yaprak yüzeyi ne kadar genişse, ışıktan yararlanma oranı o kadar fazla olur. Yaprak sayısı arttıkça fotosentez hızı da artar.
• Stomaların yapısı ve sayısı : Bitkideki stoma ne kadar fazla olursa fotosentez de o kadar hızlı gerçekleşecektir.
• Kutikula kalınlığı : Kutikula kalınlığı fazla olan bitkiler, ışıktan daha az yararlanacağı için fotosentez daha az gerçekleşecektir.
• Enzim miktarı : Fotosentez enzimleri ne kadar fazla ise, fotosentez de o kadar fazla olacaktır.

FOTOSENTEZ İLE SOLUNUMUN KARŞILAŞTIRILMASI

FOTOSENTEZ	SOLUNUM
Enzimler görev yapar.	Enzimler görev yapar.
Gerçekleştiği yer olan kloroplast çift zarlıdır.	Gerçekleştiği yer olan mitokondri çift zarlıdır.
Besin ve oksijen üretilir.	Besin ve oksijen tüketilir.
Su ve karbondioksit kullanılır.	Su ve karbondioksit açığa çıkar.
Işık gereklidir.	Işık gerekmez.
Işık enerjisi, kimyasal enerjiye çevrilir.	Kimyasal bağ enerjisi, ATP enerjisine çevrilir.
Isı alan bir olaydır.	Isı veren bir olaydır.

FOTOSENTEZİN YERYÜZÜNDEKİ HAYAT İÇİN ÖNEMİ

Fotosentez, yaprak, çiçek, tohum, meyve gibi ölen organların yenilenmesini, bitki kütlesinin artmasını ve hayvanlarla insanların tükettiği besin maddelerinin oluşumunu sağlar. Hayvan ve insanlarca tüketilen besinler, bitki için bir kayıp olsa da, hayatın devamı açısından çok önemlidir. Ekosistemde var olan bütün canlıların kökeninde yeşil bitkilerin ürettiği besin maddeleri vardır.

Bitkiler, Güneş’ten aldığı enerji ile besin üretir. Ürettikleri besinden elde ettikleri enerjinin bir kısmını, kendi hayatsal faaliyetleri için kullanır. Geri kalanını depo eder. Bitkilerle beslenen hayvanlar (otçullar) bu depo edilmiş enerjiden faydalanırlar. Otçullar, enerjinin bir kısmını harcarken, bir kısmını da hücrelerinde depo eder. Otçullarla beslenen etçiller, bu depo edilmiş enerjiden faydalanır. Yani, canlılığın devamı için, yeşil bitkilerin fotosentezle besin üretmeleri şarttır.

 

Yeşil bitkilerin bütün canlıların beslenmesindeki rolünün yanı sıra, yeşil bitkiler, petrol, kömür, doğal gazın da kaynağını oluşturur. Kireç taşlarının yapısına dolaylı olarak katkıda bulunur ve özellikle tüm canlıların solunumu için vazgeçilmez olan “oksijeni” üretir. Milyonlarca yıldan beri bütün canlılar, solunum için oksijen alıp, karbondioksit verir. Buna karşın atmosferde bulunan gaz oranlarında büyük değişimler gerçekleşmemiştir. Bu oranların sabit kalmasını sağlayan bitkilerdir.

• KAYNAKÇA
  Özer BULUT, Davut SAĞDIÇ, Selim KORKMAZ; Lise BİYOLOJİ 3; 3. Baskı, Milli Eğitim Basımevi, İstanbul-2000
• Liselere Hazırlık Eliften Dergisi; Elit Yayıncılık
• ÖSS’ye Hazırlık Biyoloji; Fem Yayınları; İzmir-2001
• Banu GÜNGÖR, Dr. İlbilge DÖKME, Salim ÜLKER, F. Nadan YILDIRAN, Dr. Raziye AYDINLI, Z. Bilge BAŞ; İlköğretim Fen Bilgisi 6 Ders Kitabı; Milli Eğitim Basımevi, İstanbul-2002
• Tematik Ansiklopedi Thema Larousse; 3. Cilt; Milliyet Yayınları; İstanbul-1993
• http://www.bilgilerdunyası.com.tr
• http://www.harunyahya.org.tr
• http://www.esselam.net