Fotosentez ve Karbon Fiksasyonu
Fotosentez, ışık enerjisini kimyasal enerjiye dönüştürür ve bu enerjiyi atmosferdeki karbondioksiti şekerlere sabitlemek için kullanır; bu süreç, neredeyse tüm yaşamın ve solunabilir atmosferin bağlı olduğu bir mekanizmadır.
Tanım
Fotosentez, karbondioksit ve sudan ışıkla yönlendirilen organik bileşiklerin sentezidir; karbon fiksasyonu ise inorganik karbondioksitin, başlıca Calvin–Benson döngüsü aracılığıyla organik moleküllere dahil edilmesidir.
Kapsam
Bu konu, tilakoid zarın ışık reaksiyonlarını (fotosistemler, elektron taşınımı ve ATP sentezi), Rubisco tarafından gerçekleştirilen karbon fiksasyonunun Calvin–Benson döngüsünü, fotorespirasyonu ve karbondioksiti yoğunlaştıran C4 ve CAM adaptasyonlarını kapsamaktadır.
Temel sorular
- Işık reaksiyonları, oksijen salarken ışığı ATP ve NADPH'ye nasıl dönüştürmektedir?
- Calvin–Benson döngüsü karbondioksiti karbonhidrata nasıl sabitlemektedir?
- C4 ve CAM mekanizmaları, Rubisco'nun sınırlamalarını aşmak için neden evrimleşmiştir?
Temel kuramlar
- Fotosentetik elektron taşınımının Z-şeması
- Işık, fotosistem II ve I aracılığıyla elektronları seri halinde enerjiyle yükler, suyu parçalayarak oksijen salar ve ATP sentezini sağlayan NADPH ile proton gradyanını oluşturur.
- Karbon yoğunlaştırma mekanizmaları
- Rubisco'nun oksijenle de reaksiyona girmesi ve israflı fotorespirasyona neden olması nedeniyle, C4 ve CAM bitkileri, sıcak veya kurak koşullarda verimliliği artırmak için karbondioksiti Rubisco çevresinde mekansal veya zamansal olarak yoğunlaştırmaktadır.
Mekanizmalar
Tilakoid zarda, fotosistem II suyu oksijene oksitler ve elektronları sitokrom b6f kompleksi aracılığıyla fotosistem I'e iletir; fotosistem I ise NADP+'yı NADPH'ye indirger. Bağlantılı proton gradyanı ATP sentazı çalıştırır. Stromada, Rubisco karbondioksiti ribuloz-1,5-bisfosfata sabitler ve Calvin–Benson döngüsü, ATP ve NADPH kullanarak ürünü trioz fosfata indirgerken alıcıyı yeniler. C4 bitkileri, karbondioksiti mezofil hücrelerinde dört karbonlu asitlere önceden sabitler ve demet kını hücrelerinde Rubisco çevresinde serbest bırakır; CAM bitkileri ise karbondioksiti gece sabitler. Her iki mekanizma da fotorespirasyonu baskılamaktadır. Klorofil floresansı, bu reaksiyonların invaziv olmayan bir probunu sağlamaktadır.
Klinik önem
Fotosentetik verimlilik, mahsul verimliliği ve biyokütle üzerinde bir üst sınır belirlemekte olup, gıda güvenliğini artırmak için merkezi bir hedef haline gelmektedir; bu süreç aynı zamanda bitki örtüsünün atmosferden ne kadar karbondioksit uzaklaştırdığını da yöneterek iklimle ilişkilendirilmektedir.
Tarihçe
Hill, izole kloroplastların oksijen üretebildiğini göstermiş, Calvin ve Benson karbon-14 ile karbon fiksasyon döngüsünü haritalamış, Hatch ve Slack ise 1960'larda C4 yolunu tanımlayarak fotosentezin modern tablosunu tamamlamışlardır.
Öne çıkan isimler
- Melvin Calvin
- Andrew Benson
- Robert Hill
- Marshall Hatch
İlgili konular
Temel eserler
- buchanan2015
- taiz2015
Sıkça sorulan sorular
- Bitkiler tarafından salınan oksijen nereden gelmektedir?
- Oksijen, fotosistem II'nin ışık reaksiyonları sırasında parçaladığı sudan gelmektedir; salınan oksijen bir yan ürün olup, hidrojen ve elektronlar NADPH oluşturmak için kullanılmaktadır.
- C4 bitkileri sıcak iklimlerde neden daha verimlidir?
- C4 bitkileri, karbondioksiti Rubisco çevresinde yoğunlaştırarak, yüksek sıcaklıklarda maliyetli hale gelen oksijen sabitleme reaksiyonunu (fotorespirasyon) baskılamaktadır; bu sayede sıcak ve parlak koşullarda daha verimli fotosentez yapmaktadırlar.