FOTOSENTEZ MAKİNASI

  

Bilindiği gibi fotosentez, bitkilerin, kimi zaman da bazı bakteri ve tek hücreli canlıların, karbondioksit ve sudan, şeker (karbonhidrat) üretmek için güneş ışınıyla gelen enerjiyi kullanmalarıdır. Bu reaksiyon sonucunda güneş ışınındaki enerji, üretilen şeker molekülünün içine depolanmış olur. Kullanılamayan güneş enerjisinin kullanılabilir kimyasal enerjiye dönüşme işleminde ise yeşil bir pigment olan klorofil önemli rol oynar. (Pigment ışığı emebilen maddelere verilen addır.)

Bütün reaksiyon aşağıdaki formülde özetlenir:

                                                            

6H2O + 6CO2 ---FOTOSENTEZ---> C6H12O6+ 6O2

 

Kimya diline yabancı olanlar için, bu kimyasal formül şu şekilde tercüme edilebilir:

 

6 su molekülü + 6 karbondioksit molekülü         -FOTOSENTEZ SONUCUNDA- 1 şeker molekülü + 6 oksijen molekülüne dönüşür.

 

Fotosentezin genel şeması oldukça basit gözükmektedir. Fakat bu şema yalnızca başlangıçta reaksiyona giren ve reaksiyon sonucunda elde edilen maddeleri göstermektedir. Bu nihai ürünlerin elde edilmesi ise yaprakta meydana gelen ve hayranlık uyandıracak derecede kompleks işlem ve mekanizmalar sonucunda gerçekleşir.

Karbondioksit ve su kullanarak, günlük hayatta şeker dediğimiz karbonhidrat moleküllerinin oluşturulması için son derecede hassas ve kompleks ölçülerin ve işlemlerin gerçekleştirilmesi gerekir. Bu işlemler atomlar, hatta atomların çevresinde dönen elektronlar düzeyinde işleyen çok kompleks sistemleri içerir.

Sistem içinde farklı pigmentler, çeşitli tuzlar, mineraller, kalıntı elemanlar (ferredoksin, adenosin trifosfat gibi), alt-katalizörler, çeşitli görevler üstlenen maddeler ve diğer kimyasal etkenlerden oluşan kalabalık bir ekip vardır. Sadece "sakaroz" gibi basit bir şeker molekülünü üretmek için bile bitkilerin 30 adet farklı proteine ihtiyaçları olduğunu düşünürsek, bu işlemin genelinin ne kadar kompleks olduğu daha iyi anlaşılır.

 

 

Fotosentez İşleminde Yer Alan Parçalar

 

- Kloroplast: Bitki hücresiyle hayvan hücresi genel olarak aynı özellikleri taşımaktadır. Bu iki canlı türünün hücreleri arasındaki en önemli fark, bitki hücresinde artı olarak, içinde fotosentezin gerçekleştiği yeşil bir deponun (plastid) yani kloroplastın bulunmasıdır. Seyyar bir enerji santrali gibi güneş ışığını emen klorofilleri saklayan bu organizmalar bütün sistemin kalbidir. Kloroplastlar, iç içe geçmiş balonlara benzeyen yapılarıyla, doğanın yeşil rengini verirler.

Bitki hücresinde, fotosentez işlemi kloroplastlarda meydana gelir. Kloroplast 2-10 mikrometre kalınlığında (mikrometre metrenin milyonda biridir), 0,003 milimetre (milimetrenin binde üçü) çapında mercimek şeklinde küçük disklerden oluşmuştur. Bir hücrede 40'a yakın kloroplast vardır. Bu ilginç birimler bu kadar küçük olmalarına rağmen bulundukları ortamdan iki zarla ayrılmışlardır. Bu zarların kalınlığı ise akıl almayacak kadar incedir: 60 angström, yani 0,000006 milimetre. (milimetrenin yaklaşık yüzbinde biri)

Kloroplastın içinde "tilakoid" adı verilen yassılaşmış çuval şeklinde yapılar vardır. Bunlar fotosentezin kimyevi birimleri olan klorofilleri muhafaza eder ve daha ince zarlarla korunurlar. Bu tilakoidler, "grana" adı verilen 0,0003 milimetre büyüklüğünde ve madeni para şeklinde üst üste yığılmış diskler olarak dizilmişlerdir. Bir kloroplast içinde bu granalardan 40-60 adet bulunur. Bütün bu karmaşık yapılar, protein ve yağların belirli bir amaç için biraraya gelmeleriyle oluşur. Bunlar da belirli oranlarda bulunurlar. Örneğin tilakoid zarı %50 protein, %38 yağ ve %12 pigmentten oluşmuştur.

- Tilakoid: Kloroplastın içindeki ikinci aşama tilakoid adı verilen torbalardır.  Bunlar çuvala benzeyen ve içinde klorofil molekülünü saklayan zarlardır. Bu torbaların içinde güneş ışığını emen yeşil pigment olan klorofil bulunur.

- Grana: Tilakoidler biraraya gelerek granaları oluştururlar.

- Klorofil: Kloroplastın içinde bulunan ve güneş ışığını emen yeşil pigmenttir. Klorofil olmasaydı, ne oksijen, ne besin, ne de doğanın rengi olurdu. 

- Stroma lamella: Kloroplast içinde granaları bağlayan boru şeklindeki zar.

-        Stroma: Kloroplastın içindeki jele benzeyen sıvı.

 

 

Fotosentez Ve Işık

 

Atmosfer, gerek fonksiyonları gerekse kimyasal bileşimiyle yaşam için zorunlu, mükemmel bir örtüdür. Güneş, çok farklı dalga boylarında ışığı yayar. Ancak bu dalga boylarından sadece çok dar bir aralık yaşam için gerekli olan ışığı içerir. Ve bu noktada önemli bir mucize görülür; atmosfer öyle bir yapıya sahiptir ki, sadece yaşam için gerekli olan aralıktaki ışığın geçmesine izin verirken, yaşam için zararlı olan X ışınlarını, gama ışınlarını ve diğer zararlı tüm ışınları emer ya da geri yansıtır. Yaşam için son derece önemli olan bu seçilimden sorumlu olan atmosfer tabakası ise, kimyasal formülü O3 olan "ozon tabakası"dır. Ozon tabakasının evrendeki diğer 1025 adet farklı dalga boyuna sahip ışın cinsi arasından, yalnızca yaşam için gerekli 4500 - 7500 A0 aralığındaki görünür ışığı geçirmesi bizim için özel tasarlanmış bir mucize olduğunun göstergesidir. Eğer atmosfer bu aralıkta bulunan ışığı geçirmeseydi veya bu ışıkla birlikte farklı dalga boylarındaki ışıkları da geçirseydi, yeryüzünde canlılık kesinlikle oluşamazdı. Bu, canlılığın oluşması için gereken yüzbinlerce koşuldan sadece bir tanesidir ve bu koşulların tamamının eksiksiz olarak oluşması, canlılığın tesadüfen meydana gelmesinin kesinlikle imkansız olduğunu gösterir.

Farklı dalga boyundaki ışıklar farklı renkler demektir

 

Gördüğümüz bütün renkler belirli bir dalga boyuna ve frekansa sahiptir. Örneğin kırmızının dalga boyu mordan uzundur. Bizim renkleri görebilmemizin sebebi ise gözlerimizin bu hassas dalga boylarını algılayacak ve beynimizin de bunları yorumlayacak şekilde yaratılmasından kaynaklanır.

Işığın dalga boyu "nanometre" adı verilen bir birimle tanımlanır. Bir nanometre ise metrenin milyarda birine eşittir. Örneğin kırmızının dalga boyu 770, koyu morun ise 390 nanometredir. Ancak bu o kadar küçük bir birimdir ki, insanın gözünde canlandırabilmesi kesinlikle imkansızdır. Bu ışıkların bir de frekansları vardır. Bu frekans "hertz" veya saniyedeki devir sayısıyla ölçülür. Bir devir ise dalganın en üst ve en alt noktası arasındaki mesafedir. Işık saniyede 300.000 km yol alır. Eğer dalga boyu daha küçük ise fotonlar aynı sürede daha fazla mesafe kat etmek zorunda kalırlar.

Buraya kadar anlatılan özelliklerden anlaşılacağı gibi bitkinin kullandığı ışık çok özel bir yapıya sahiptir. Bu ışık, hem atmosferde hassas bir elekten geçirilerek süzülür, hem bizim algılayamayacağımız kadar küçük bir mesafe aralığında hareket eder, hem de bilinen en büyük hıza sahiptir. Ayrıca hem dalga olarak hem de foton denilen tanecikler şeklinde hareket ettiği için maddeleri oluşturan atomlara çarparak kimyasal reaksiyonlara sebep olma özelliğine de sahiptir.

Bu kadar kompleks bir yapıya sahip olan ışık büyük mesafeler katedip bitkiye ulaştığında, özel bir anten sistemi tarafından algılanır. Bitkide bulunan bu anten sistemi o kadar hassas bir yapıya sahiptir ki, sadece bu çok küçük bir dalga aralığında bulunan ışığı yakalayacak ve bu ışığı işleyecek sistemleri başlatacak şekilde yaratılmıştır. Eğer ışık herhangi başka bir değere, hıza veya frekansa sahip olsaydı, pigment (bitkinin anteni) bu ışığı göremeyecek ve işlem daha başlamadan sona erecekti.

 

 

Renkli bir dünyada yaşamamızı sağlayan mucize!

 

Işığı emen bütün maddelere pigment adı verilir. Pigmentlerin renkleri, yansıtılan ışığın dalga boyundan, başka bir deyişle madde tarafından emilmeyen ışıktan kaynaklanır. Bütün fotosentetik hücrelerde bulunan ve bir tür pigment olan klorofil, yeşil dışında, görünen ışığın bütün dalga boylarını emer. Yaprakların yeşil olmasının sebebi yansıtılan bu ışıktır. Siyah pigmentler kendilerine çarpan ışığın bütün dalga boylarını emerler. Beyaz pigmentler ise kendilerine çarpan ışığın neredeyse bütün dalga boylarını yansıtırlar.

Örneğin bitkilerdeki klorofil ismi verilen pigmentler hem yeşil rengin oluşmasını sağlayan, hem de fotosentezin gerçekleştiği yerlerdir. Pigment, karbon, hidrojen, magnezyum, nitrojen gibi atomların biraraya gelerek oluşturdukları moleküllerin gerçekleştirdikleri bir yapıdır. İşte bu tür bir pigment olan klorofil hayatın devamında çok önemli bir role sahip olan fotosentezi, hiç durmaksızın gerçekleştirir. Klorofil pigmentinin boyutlarını düşündüğümüzde konunun ne kadar ince ve hassas hesaplar üzerine kurulu olduğu daha iyi  anlaşılacaktır.

250-400 kadar klorofil molekülü gruplar şeklinde organize olarak, "fotosistem" adı verilen ve çok hayati işlemler gerçekleştiren bir yapı oluştururlar. Bir fotosistem içindeki bütün klorofil molekülleri, ışığı emme özelliğine sahiptirler; ama her fotosistemde sadece bir klorofil molekülü gerçekten ışıktan elde edilen kimyasal enerjiyi kullanır. Enerjiyi kullanan molekül, fotosistemin ortasına yerleşerek, sistemin reaksiyon merkezini tespit eder. Diğer klorofil molekülleri "anten pigmentler" olarak adlandırılırlar. Klorofil a olarak adlandırılan reaksiyon merkezinin çevresinde anten benzeri bir ağ oluşturarak reaksiyon merkezi (yani klorofil a) için ışık toplarlar. Reaksiyon merkezi 250'den fazla anten molekülünün birinden enerji aldığında, elektronlarından biri daha yüksek bir enerji seviyesine çıkarak bir alıcı moleküle transfer olur. Yani klorofil a'ya ait olan bir elektron, etrafta dizilmiş bulunan diğer klorofil moleküllerine geçer. Bu sayede zincirleme bir reaksiyon ve elektron akışı dolayısıyla fotosentez de başlamış olur. Bu yüzden pigment dediğimiz organlar fotosentez işlevi içinde hayati bir rol oynamaktadırlar. Bu çok özel yapılı moleküller aynı zamanda çevremizdeki yeşil bitki dünyasını oluşturmaktadırlar.

 

 

Alıntıdır.