ATP ve Fotosentez

Enerjinin Canlılık İçin Önemi

Enerji;

• Biyokimyasal faaliyetlerin devam etmesi
• Hareket edebilmek

için gereklidir.

Not: Enerji yok olmaz, form değişikliğine uğrar. Işığın ısıya dönüşmesi gibi.

ATP ve Enerji

• ATP tüm canlıların ortak enerji molekülüdür.
• ATP hücrede üretilir ve aynı hücrede tüketilir. 
• Hücreler arası geçiş yapamaz.
• ATP Depolanmaz
• ATP, RNA nükleotidinden farklı olarak 3 adet fosfat bulundurur.

• ATP’nin fosfatı koparıldığında açığa enerji çıkar.
• Bir biyokimyasal tepkime gerçekleşirken enerji kullanıyorsa bu tepkime endergonik tepkime olarak adlandırılır.
• Bir biyokimyasal tepkime sonucu açığa çıkan enerji ATP üretiminde kullanılıyorsa bu tepkime ekzergonik tepkime olarak adlandırılır.
• Endergonik ve ekzergonik tepkimeler aynı anda yürütülebilir.
• ATP yenilenebilir (döngüsel) bir enerji kaynağıdır.

• ADP’den ATP elde edilmesi fosforilasyon, ATP’den ADP elde edilmesi ise defosforilasyon olarak adlandırılır.

FOTOSENTEZ – Işık Enerjisi ile Besin Üretimi

Fotosentez

• Fotosentez, fotosentetik canlıların güneş ışığını kullanarak inorganik moleküllerden organik besin üretme sürecidir.

Fotosentetik (Fotoototrof) canlılar: Siyanobakteri, mor-sülfür bakterileri (Prokaryotik); Öglena, alg ve bitkiler (Ökaryotik)

• Fotosentez, ekosistemde enerji ve besin akışının temelini oluşturur.
• Fotosentez için gerekli olan suyu bitkiler kökleri ile topraktan alır.
• Fotosentez için gereken karbon ise oksijenli solunum sonucu açığa çıkan karbondioksit molekülünden karşılanır.
• Fotosentez sonucu açığa oksijen gazı çıkar.
• Fotosentez sucul ekosistemlerde de gerçekleştirilir. Bu sayede ekosistemin devamlılığı sağlanmış olur.

Pigmentler

• Işık fotonları dalgalı olarak hareket eder.
• Işık dalga boyu ile ışığın enerjisi ters orantılıdır.
• Işığın fotosentez yapılabilecek dalga boyu aralığı 350nm – 750nm şeklindedir.

• Pigmentler ışığı soğurur.
• Siyah pigment tüm ışık dalga boylarını soğurur.
• Klorofil pigmenti yeşil ışık dalga boyunu soğurmadığından bu dalga boyunu yansıtır.
• Farklı renk pigmentleri (Kromoplast) soğurdukları ışık enerjisini klorofile aktarır.
• Bazı pigmentler soğurdukları ışık enerjisi sayesinde klorofilin zarar görmesini önler.

Fotosentez Evreleri

1.Işığa Bağlı Evre

2.Işıktan Bağımsız Evre

 1.Işığa Bağlı Evre

• Prokaryotik canlılarda fotosentez hücre zarının içe doğru gerçekleştirdiği kıvrımlarında gerçekleşir.
• Ökaryotik canlılarda fotosentez kloroplastlarda gerçekleşir.
• Klorofilin ışık etkisi ile kaybettiği elektronları hem ETS’de hem de suyun parçalanmasında (Fotoliz) kullanılır.
• Fotoliz sonucu su elektron, hidrojen iyonu ve oksijen gazına ayrışır.

• Klorofilin kaybettiği elektron suyun fotolizi sonucu açığa çıkan elektrondan karşılanır.

• ETS’de gerçekleşen indirgenme ve yükseltgenme tepkimeleri sonucu ATP üretilir.
• Fotoliz sonucu açığa çıkan hidrojen iyonu NADP (Nikotinamid adenin dinükleotit fosfat) tarafından bağlanır.
• Oluşan NADPH molekülü hidrojenini, organik besin üretimi için ışıktan bağımsız tepkimelerde geri verir.
• Fotoliz sonucunda açığa çıkan oksijen gazı atmosfere salınır.
• Bu evrede ışık enerjisi kimyasal bağ enerjisine dönüştürülmüş olur.

2.Işıktan Bağımsız Evre (Calvin Döngüsü)

• Işıktan bağımsız evre prokaryotik hücrelerde sitoplazmada, ökaryotik hücrelerde ise kloroplast stromasında gerçekleşir.
• Işıktan bağımsız evrede ışık dolaylı olarak gereklidir.
• Işıktan bağımsız evrede karbondioksit, ATP ve NADPH kullanılarak organik besin üretimi gerçekleşir.
• Enzimsel faaliyetlerin gerçekleştiği bu evre ortam sıcaklık değişimlerinden etkilenir.
• Işıktan bağımsız evrenin temel molekülü PGAL’dir (Fosfogliser aldehit).
• PGAL molekülünden ihtiyaca göre glikoz, aminoasit gliserol veya yağ asiti üretilebilir.
• Tepkime sonucu açığa çıkan NADP ve ADP molekülleri kullanılmak üzere kloroplast granumlarına aktarılır.

Organik Besinlerin Üretimi

Fotosentez Hızını Etkileyen Çevresel Etmenler

Minimum kuralı: Çevresel etmenlerden en az olanının fotosentez hızını sınırlamasıdır.

a. Işık şiddeti

• Belli bir seviyeye kadar ışık şiddeti artışı fotosentez hızını arttırır.
• Belli bir seviyeden sonra ışık şiddeti artsa bile fotosentez sabit hızda devam eder.

b. Işık Dalga Boyu

• Fotosentez, görünür ışıkta (380 nm – 750 nm) gerçekleşir.
• Fotosentez hızı: Mor > Kırmızı > Yeşil
• Kızıl ve mor ötesi ışıkta fotosentez gerçekleşmez.

Engelmann Deneyi

• İpliksi algin üzerine dalga boylarına ayrılmış ışık düşürülür.
• İpliksi algin etrafına oksijenli solunum yapan bakteri eklenir.
• Mor ve kırmızı ışığın düştüğü bölgede oksijenli solunum yapan bakteriler yoğunlaşır.
• Sonuç 1: Fotosentez hızı ışık dalga boyundan etkilenir.
• Sonuç 2: Fotosentez sonucu açığa oksijen çıkar.

c. Karbondioksit yoğunluğu

• Karbondioksit yoğunluğu belli bir düzeye kadar fotosentez hızını arttırır.
• Ba(OH)₂ , Ca(OH)₂ , NaOH ve KOH karbondioksit tutucu moleküllerdir.

d. Sıcaklık

• Fotosentez enzimsel tepkimelerle gerçekleştiği için; sıcaklığa bağlı fotosentez hızı enzimin sıcaklığa bağlı hızı ile paralellik gösterir.

e. Su Miktarı

• Belli bir düzeyin altındaki su oranı (%15) fotosentez enzimlerinin çalışamaz hale gelmesine neden olur.

f. Mineraller

• Fe, klorofil ve ETS elemanlarının yapısına katılır.
• Mg, klorofilin yapısına katılır.
• P, ATP ve nükleotitlerin yapısına katılır.
• N, vitamin, aminoasit ve nükleik asitlerin yapısına katılır.

g. Ortam pH – pOH Değeri

• Ortam pH – pOH değeri fotosentez enzimlerinin çalışması üzerinde etki gösterir.

Fotosentez ile ilgili deneyler ve bilim insanları

John Babtist van Helmont

• Bitki büyümesinin su ile olan ilişkisini ortaya çıkarmıştır.

Joseph Priestley

• Fotosentez sonucu açığa oksijen gazı çıktığını ortaya çıkarmıştır.

Jan İngenhousz

• Fotosentez için ışığın ve yeşil bölgelerin olması gerektiğini ortaya çıkarmıştır.

Robert Hill

• Fotosentez sonucu açığa çıkan oksijenin kaynağının karbondioksit değil su olduğunu ortaya çıkarmıştır.

Melvin Calvin

• Fotosentezin ışıktan bağımsız tepkimelerinde atmosferik karbondioksitin kullanıldığını ortaya çıkarmıştır.

Fotosentezde Üretilen ve Kullanılan Maddeler

Kemosentez – Işık Enerjisi Kullanılmadan Besin Üretimi

• Kemosentez, bazı ototrof canlıların (Bazı Arke ve Bakteriler) ışık enerjisini kullanmadan inorganik molekülleri oksitleyerek organik besin üretmesidir.
• Işığa bağımlı olmadığından kemosentez tepkimeleri gece gündüz gerçekleşir.
• Kemosentez yapan canlılar kemoototrof olarak adlandırılır.
• Oksidasyon, bir atom veya molekülden elektron ayrılmasıdır.
• Kemosentez de bir oksidasyon tepkimesidir.

Kemosentez tepkimelerinde oksitlenen bazı molekül ve elementler: NH₃, H₂, H₂S, Fe, S