Hücreler, çevrelerinden besin alırlar, ancak bu besin maddeleri nereden geliyor? Dünyadaki hemen hemen tüm organik maddeler, enerjiyi Güneş’ten enerji içeren makromoleküllere dönüştüren hücreler tarafından üretilmiştir. Fotosentez adı verilen bu süreç, küresel karbon döngüsü için gereklidir ve fotosentez yapan organizmaların çoğu gıda zincirlerinde en düşük seviyeyi temsil eder.
Fotosentez Nedir? Neden Önemlidir?
Canlıların çoğu, bir enerji kaynağı olarak ihtiyaç duydukları karmaşık organik molekülleri üretmek için fotosentetik hücrelere bağımlıdır. Fotosentetik hücreler oldukça çeşitlidir ve yeşil bitkiler, fitoplankton ve siyanobakterilerde bulunan hücreleri içerir. Fotosentez işlemi sırasında, hücreler şeker moleküllerini ve oksijeni yapmak için Güneş’ten karbondioksit ve enerji kullanırlar. Bu şeker molekülleri, glikoz gibi fotosentetik hücre tarafından yapılan daha karmaşık moleküllerin temelidir. Daha sonra, solunum işlemleriyle hücreler, ATP gibi enerji açısından zengin taşıyıcı molekülleri sentezlemek için oksijen ve glikoz kullanır ve karbon dioksit bir atık ürün olarak üretilir. Bu nedenle, glikozun sentezi ve hücrelerin parçalanması, karşıt süreçlerdir.
Karbon bazlı malzemenin (karbon dioksitten karmaşık organik moleküllere (fotosentez) sonra tekrar karbondioksite (solunuma) dönüşümü ve kırılması, genel olarak küresel karbon döngüsü olarak adlandırılanın bir parçasıdır . Gerçekten de, bugün dünyamıza güç vermek için kullandığımız fosil yakıtlar, bir zamanlar yaşayan organizmaların eski kalıntılarıdır ve işte bu döngünün dramatik bir örneğini sağlarlar. Karbon döngüsü fotosentez yapılmaksızın mümkün olmazdı, çünkü bu süreç döngünün “yapı” kısmını oluşturur
.
Ancak, fotosentez sadece karbon döngüsünü sürmekle kalmaz – aynı zamanda solunan organizmalar için gerekli olan oksijeni de oluşturur. İlginç bir şekilde, yeşil bitkiler soluduğumuz havadaki oksijenin çoğuna katkıda bulunsa da, dünya okyanuslarındaki fitoplankton ve siyanobakterilerin Dünya’daki üçte bir ile atmosferik oksijenin yarısı arasında üretildiği düşünülmektedir.
Fotosentezde Hücreler ve Organeller
Fotosentetik hücreler, ışık enerjisini emen özel pigmentler içerir. Farklı pigmentler, görünür ışığın farklı dalga boylarına tepki verir. Klorofil , fotosentezin kullanılan birincil pigment, yeşil ışık yansıtır ve en güçlü kırmızı ve mavi ışığı emer. Bitkilerde fotosentez klorofil içeren kloroplastlarda gerçekleşir. Kloroplastlar çift membran ile çevrelenir ve thylakoid membran denen üçüncü bir iç membran içerir.Bu organel içinde uzun kıvrımlar oluşturur. Elektron mikrograflarında, tilakoid membranlar oluşturdukları bölmeler bir odacık labirenti gibi bağlanmış olmasına rağmen, madeni para yığınları gibi görünürler. Yeşil pigment klorofil, tilakoid membranın içinde yer alır ve thylakoid ve kloroplast membranlar arasındaki boşluk, stroma olarak adlandırılır.
Klorofil A, fotosentezde kullanılan ana pigmenttir, ancak kırmızı, kahverengi ve mavi pigmentler de dahil olmak üzere ışığa tepki veren çeşitli klorofil ve çok sayıda başka pigment vardır. Bu diğer pigmentler ışık enerjisini klorofil A’ya yönlendirmeye veya hücreyi foto hasardan koruyabilir. Örneğin, yeme kabuklu deniz karşı sık sık istemi uyarılar, klorofil ve onların dramatik rengi sorumludur kırmızı pigmentler de dahil olmak ışığa duyarlı pigmentler, çeşitli içeriyor “kırmızı gelgit” sorumlu dinoflagellatestir denilen fotosentez protistler.
Fotosentezin Basamakları Nelerdir?
“ışık” denilen reaksiyonlar, yukarıda bahsedilen klorofil pigmentlerinin bulunduğu kloroplast thylakoids içinde meydana gelir. Işık enerjisi pigment moleküllerine ulaştığında, içindeki elektronları harekete geçirir ve bu elektronlar, tilakoid membrandaki bir elektron taşıma zincirine şant edilir. Elektron taşıma zincirindeki her adım, her elektronu daha düşük bir enerji durumuna getirir ve ATP ve NADPH üreterek enerjisini kullanır. Bu arada, her bir klorofil molekülü, elektronu kaybettiği elektronun yerine su ile değiştirir; Bu süreç esas olarak oksijen üretmek için su moleküllerini ayırır.
Işık reaksiyonları meydana geldiğinde, ışıktan bağımsız veya “karanlık” reaksiyonlar kloroplast stromada gerçekleşir. Karbon fiksasyonu olarak da bilinen bu süreç sırasında, ışık reaksiyonları tarafından üretilen ATP ve NADPH moleküllerinden gelen enerji, karbon dioksideki (atmosferden) karbonu kullanan ve gliseraldehid-3- olarak adlandırılan üç karbonlu bir şeker üretmek için kullanılan kimyasal bir yolu tahrik eder. fosfat (G3P). Daha sonra hücreler, çok çeşitli diğer şekerler (glikoz gibi) ve organik moleküller oluşturmak için G3P’yi kullanır. Bu interkonversyonların çoğu, G3P’nin stromadan taşınmasını takiben kloroplastın dışında meydana gelir. Bu reaksiyonların ürünleri daha sonra hücrenin metabolik taleplerini karşılamak için daha fazla enerji taşıyıcı molekülü yapmak üzere parçalandıkları mitokondriya dahil hücrenin diğer bölümlerine nakledilir. Bitkilerde,
Sonuç
Fotosentetik hücreler güneş enerjisini yakalayan klorofil ve diğer ışığa duyarlı pigmentler içerir. Karbondioksit varlığında, bu hücreler bu güneş enerjisini glikoz gibi enerji açısından zengin organik moleküllere dönüştürebilir. Bu hücreler sadece küresel karbon döngüsünü değil, aynı zamanda Dünya atmosferinde bulunan oksijeni de üretiyorlar. Aslında, fotosentez olmayan hücreler fotosentezin tersini yapmak için fotosentez ürünlerini kullanır: glikozu parçalamak ve karbon dioksiti serbest bırakmak.
