Fotosentez Nedir? Çeşitleri ve Daha Fazlası
Fotosentez, güneş ışığından enerji almak ve kimyasal enerjiye çevirmek için bitkiler, algler ve bazı bakteriler tarafından kullanılan işlemdir.
Fotesentez Türleri
İki tip fotosentez süreci vardır: oksijenli fotosentez ve anoksijenik fotosentez. Anoksijenik ve oksijenli fotosentezin genel prensipleri çok benzerdir, ancak en yaygın olanı oksijenli fotosentezdir ve bitkiler, algler ve siyanobakterilerde görülür.
Oksijenik fotosentez, tüm solunum organizmaları tarafından üretilen Karbondioksiti alarak ve oksijene çevirerek havaya yeniden kazandırır.
Öte yandan, anoksijenik fotosentez, su dışındaki elektron vericileri kullanır. İşlem tipik olarak çeşitli sucul habitatlarda bulunan mor bakteriler ve yeşil sülfür bakterileri gibi bakterilerde ortaya çıkar. Anoksijenik fotosentez bizlere biraz daha uzak ve pek öğretilmeyen kavramdır. Anoksijenik fotosentez oksijen üretmez.
Her iki fotosentez türü karmaşık ve çok aşamalı olsa da, genel süreç kimyasal bir denklem olarak düzgün bir şekilde özetlenebilir.
Oksijenik fotosentezin kimyasal formülü aşağıda ki gibidir.
6CO 2 + 12H 2 O + Işık Enerjisi → C6 H 12 O 6 + 6O 2 + 6H 2 O
Yukarıdaki formüle benzer şekilde, çeşitli anoksijenik fotosentez reaksiyonları tek bir genelleştirilmiş formül olarak temsil edilebilir:
CO 2 + 2H 2 A + Işık Enerjisi → [CH 2 O] + 2A + H 2 O
Denklemdeki A harfi bir değişkendir ve H 2 A potansiyel elektron vericisini temsil eder.
Işık enerjisini kimyasal enerjiye dönüştüren ve elektron transferi sürecine başlayan pigmentler ve proteinler reaksiyon merkezleri olarak bilinir.
Fotosentez Aparatları
Şimdide Fotonsez için gerekli olan bileşenlere bir göz atalım.
Pigmentler
Pigmentler bitkilere, alglere ve bakterilere renk veren moleküllerdir, ancak güneş ışığını etkili bir şekilde yakalamaktan sorumludurlar. Farklı renkteki pigmentler, ışığın farklı dalga boylarını emer. Üç ana gruptan oluşur.
Klorofil: Bu yeşil renkli pigmentler, mavi ve kırmızı ışık yakalama yeteneğine sahiptir. Klorofillerin klorofil a, klorofil b ve klorofil c olmak üzere üç alt türü vardır. Tüm fotosentez yapan bitkilerde klorofil a bulunur. Kızılötesi ışığı absorbe eden bakteriyoklorofil adı verilen bakteriyel bir varyant da vardır. Bu pigment, esas olarak, anoksijenik fotosentez yapan mor ve yeşil bakterilerde görülür.
Karotenoidler : Bu kırmızı, turuncu veya sarı renkli pigmentler mavimsi ve yeşil ışığı emer. Karotenoidlerin örnekleri, havuçun rengini aldığı ksantofil (sarı) ve karoten (turuncu) olmasındandır.
Fikobilin: Bu kırmızı veya mavi pigmentler klorofil ve karotenoidler tarafından iyi emilmeyen ışık dalga boylarını emer. Siyanobakteriler ve kırmızı alglerde görülürler.
Plastidler
Fotosentetik ökaryotik organizmalar, sitoplazmalarında plastidler olarak adlandırılan organelleri içerir. Bitkiler ve alglerdeki çift membranlı plastidler birincil plastidler olarak adlandırılırken, Plankton’da bulunan çok membranlı çeşitler ikincil plastidler olarak adlandırılır. Plastidler genellikle pigmentler içerir veya besinleri saklayabilir.
Kloroplastlarda fotosentez oluşur; özellikle, grana ve stroma bölgelerinde. Grana organelin en iç kısmıdır ; plakalar gibi sütunlara istiflenmiş disk şeklindeki membranların bir koleksiyonu. Tek tek diskler thylakoids olarak adlandırılır. Burada elektronların transferi gerçekleşir. Grana kolonları arasındaki boş alanlar stromayı oluşturur.
Kloroplastlar, hücrelerin enerji merkezleri olan mitokondriye benzerler, çünkü bunlar kendi genomlarına veya dairesel DNA içinde bulunan genlerin toplanmasına sahiptir. Bu genler organel için gerekli proteinlerine fotosentezi kodlar. Mitokondri gibi, kloroplastların da ilkel bakteriyel hücrelerden endosymbiyoz sürecinden kaynaklandığı düşünülmektedir.
Anten
Pigment molekülleri, proteinlere bağlanır, bu da onlara ışığa ve birbirlerine doğru hareket etme esnekliğine izin verir. 100 ila 5.000 pigment molekülünden oluşan geniş bir koleksiyon “antenler” oluşturur . Bu yapılar, ışık enerjisini güneşten, fotonlar biçiminde etkili bir şekilde yakalar.
En nihayetinde, ışık enerjisi, kimyasal enerjiye elektronlar biçiminde dönüşebilen bir pigment protein kompleksine aktarılmalıdır. Bitkilerde, örneğin, ışık enerjisi klorofil pigmentlerine aktarılır . Kimyasal enerjiye dönüşüm, bir klorofil pigmentinin bir elektronu dışarı atmasıyla gerçekleşir ve bu da uygun bir alıcıya geçebilir.
Reaksiyon merkezleri
Işık enerjisini kimyasal enerjiye dönüştüren ve elektron transferi sürecine başlayan pigmentler ve proteinler reaksiyon merkezleri olarak bilinir.
Fotosentez süreci
Bitki fotosentez reaksiyonları bitki güneş ışığının varlığına gerek duyulan ve duyulmayan olarak ikiye ayrılır. Her iki reaksiyonda kloroplastlarda gerçekleşir.
Işığa bağlı reaksiyonlar (ışık reaksiyonları olarak da adlandırılır) Bir ışık foton reaksiyon bölgesine çarptığında, klorofil gibi bir pigment molekülü elektron salgılar.
Serbest bırakılan elektron, ATP (adenosin trifosfat, hücreler için bir kimyasal enerji kaynağı) ve NADPH üretmek için gereken enerjiyi üreten bir elektron taşıma zinciri içinden geçerek kaçmayı başarır. Orijinal klorofil pigmentindeki “elektron deliği” sudan bir elektron alarak doldurulur. Sonuç olarak, oksijen atmosfere salınır.
Işıktan bağımsız reaksiyonlar (karanlık reaksiyonlar olarak da bilinir ve Calvin döngüsü olarak da adlandırılır) Işık reaksiyonları, karanlık reaksiyonları yönlendiren zengin enerji kaynakları olan ATP ve NADPH üretir. Üç kimyasal reaksiyon adımı Calvin döngüsünü oluşturur: karbon fiksasyonu, redüksiyon ve rejenerasyon. Bu reaksiyonlar su ve katalizörleri kullanır. Karbon dioksit karbon atomları, sonuçta üç-karbon şekeri oluşturan organik moleküller haline getirildiğinde “sabit” dir. Bu şekerler daha sonra glikoz yapmak için kullanılır veya tekrar Calvin döngüsünü başlatmak için geri dönüştürülür.
Fotosentez için alg yetiştirilen göletler.
Gelecekte fotosentez
Fotosentetik organizmalar, hidrojen veya metan gibi temiz yanan yakıtlar üretmek için olası bir araçtır. Son zamanlarda, Finlandiya’daki Turku Üniversitesi’nde bir araştırma grubu, yeşil alglerin hidrojen üretme kabiliyetine girdi. Yeşil algler, ilk önce karanlık, anaerobik (oksijensiz) koşullara maruz bırakılır ve daha sonra ışığa maruz kalırlarsa, birkaç saniyeliğine hidrojen üretebilir. Ekip, yeşil alglerin hidrojen üretimini üç güne kadar uzatmak için bir yol geliştirdi. Bu da Enerji ve Çevre Bilimi dergisinde yayınlanan 2018 çalışması. Göz atabilirsiniz.
Bilim adamları ayrıca yapay fotosentez alanında da ilerlemeler kaydettiler. Örneğin, Kaliforniya Üniversitesi’nden bir grup araştırmacı, Berkeley, nanotelleri kullanarak karbondioksit yakalamak için yapay bir sistem ya da çap olarak bir metrenin birkaç milyarda biri olan teller geliştirdi. Teller, güneş ışığından enerji kullanarak karbondioksiti yakıtlara veya polimerlere indirgeyen bir mikrop sistemine geçti. Ekip tasarımını 2015 yılında Nano Letters dergisinde yayınladı .
2016 yılında, aynı grubun üyeleri, Science dergisinde , özel olarak tasarlanmış bakterilerin, güneş ışığı, su ve karbondioksit kullanarak sıvı yakıtlar üretmek için kullanıldığı başka bir yapay fotosentez sistemini tanımlayan bir çalışma yayınladılar . Genel olarak, bitkiler sadece güneş enerjisinin yaklaşık yüzde birini çekebilir ve fotosentez sırasında organik bileşikler üretmek için kullanabilirler. Buna karşılık, araştırmacıların yapay sistemi, güneş enerjisinin yüzde 10’unu organik bileşikler üretmek için kullanabiliyordu.
Fotosentez gibi doğal süreçlerin sürekli araştırılması, çeşitli yenilenebilir enerji kaynaklarını kullanmanın yeni yollarını geliştirmede bilim insanlarına yardımcı olur. Güneş ışığının, bitkilerin ve bakterilerin her yerde görülmesi, fotosentezin gücüne dokunmak, temiz yanan ve karbon nötr yakıtlar yaratmak için mantıklı bir adımdır.
