Fotosentez Nasıl Çalışır?

Bitkilerin ve ağaçların güneşten gelen ışığı besin maddelerine dönüştürdüğü fotosentez süreci enerji, ilk bakışta sihir gibi görünebilir, ancak bu süreç doğrudan ve dolaylı olarak tüm süreci ayakta tutar. dünya. Yeşil bitkiler ışığa uzandıkça, yaprakları atmosferden çekilen karbondioksit ve sudan besin yapmak için ışık emici kimyasallar veya özel pigmentler kullanarak güneş enerjisini yakalar. Bu süreç, oksijeni bir yan ürün olarak atmosfere geri verir; bu, havadaki tüm solunum organizmaları için gerekli bir bileşendir.

TL; DR (Çok Uzun; Okumadım)

Fotosentez için basit bir denklem karbondioksit + su + ışık enerjisi = glikoz + oksijendir. Bitki krallığındaki varlıklar fotosentez sırasında karbondioksit tüketirken, insanların nefes alması için oksijeni tekrar atmosfere salıyorlar; yeşil ağaçlar ve bitkiler (karada ve denizde) öncelikle oksijenden sorumludur. atmosfer ve onlarsız hayvanlar ve insanlar ve diğer yaşam formları onlar gibi var olamazlar. bugün yap.

Yeşil, büyüyen şeyler gezegendeki tüm yaşam için gereklidir, sadece otçullar ve omnivorlar için besin olarak değil, oksijenin solunması için de gereklidir. Fotosentez süreci, oksijenin atmosfere girmesinin birincil yoludur. Güneşin ışık enerjisini yakalayan, onu şekerlere ve karbonhidratlara dönüştüren, bitkilere besin sağlarken oksijen salan gezegendeki tek biyolojik araçtır.

Bir düşünün: Bitkiler ve ağaçlar, esasen uzayın dış alanlarında başlayan enerjiyi çekebilir. güneş ışığının şeklini alır, onu besine dönüştürür ve bu süreçte organizmaların ihtiyaç duyduğu havayı serbest bırakır. gelişmek. Oksijen üreten tüm bitki ve ağaçların, oksijen soluyan tüm organizmalarla simbiyotik bir ilişkisi olduğunu söyleyebilirsiniz. İnsanlar ve hayvanlar bitkilere karbondioksit sağlar ve karşılığında oksijen verirler. Biyologlar buna karşılıklı simbiyotik bir ilişki diyorlar çünkü ilişkideki tüm taraflar bundan faydalanıyor.

Linnaean sınıflandırma sisteminde tüm canlıların, bitkilerin, algler ve siyanobakteri adı verilen bir bakteri türü, besin üreten tek canlı varlıklardır. Güneş ışığı. Ormanları kesme ve kalkınma uğruna bitkileri kaldırma argümanı, eğer şu durumlarda ters etki yapıyor gibi görünüyor: bu gelişmelerde yaşayacak insan kalmadı çünkü oksijen yapacak bitki ve ağaç kalmadı.

Bitkiler ve ağaçlar ototroflardır, kendi besinlerini üreten canlı organizmalardır. Bunu güneşten gelen ışık enerjisini kullanarak yaptıkları için biyologlar onlara fotoototroflar diyorlar. Gezegendeki çoğu bitki ve ağaç fotoototroftur.

Güneş ışığının yiyeceğe dönüştürülmesi, bitki hücrelerinde bulunan ve kloroplast adı verilen bir yapı olan bir organelde, bitkilerin yaprakları içinde hücresel düzeyde gerçekleşir. Yapraklar birkaç katmandan oluşurken, orta katman olan mezofilde fotosentez gerçekleşir. Yaprakların alt tarafındaki stoma adı verilen küçük mikro açıklıklar, bitkinin gaz değişimini ve bitkinin su dengesini kontrol ederek, bitkiye ve bitkiden karbondioksit ve oksijen akışını kontrol eder.

Su kaybını en aza indirmek için yaprakların alt kısmında güneşe bakan stomalar bulunur. Stomaları çevreleyen küçük koruyucu hücreler, atmosferdeki su miktarına tepki olarak şişerek veya büzülerek bu ağız benzeri açıklıkların açılıp kapanmasını kontrol eder. Stomalar kapandığında bitki karbondioksit alamadığı için fotosentez yapılamaz. Bu, bitkideki karbondioksit seviyelerinin düşmesine neden olur. Gündüz saatleri çok sıcak ve kuru olduğunda, stroma nemi korumak için kapanır.

Bitki yapraklarında hücresel düzeyde bir organel veya yapı olarak kloroplastlar, onları çevreleyen bir dış ve iç zara sahiptir. Bu zarların içinde thylakoid adı verilen plaka şeklinde yapılar bulunur. Tilakoid zar, bitki ve ağaçların güneşten gelen ışık enerjisini emmekten sorumlu yeşil pigment olan klorofili depoladığı yerdir. Güneşten çekilen enerjiyi bitki içinde gitmesi gereken yere taşımak için çok sayıda proteinin taşıma zincirini oluşturduğu ilk ışığa bağlı reaksiyonların gerçekleştiği yer burasıdır.

Fotosentez süreci iki aşamalı, çok aşamalı bir süreçtir. Fotosentezin ilk aşaması ile başlar. Hafif Reaksiyonlarolarak da bilinen Işığa Bağlı Süreç ve güneşten ışık enerjisi gerektirir. İkinci aşama, Karanlık Reaksiyon aşaması olarak da adlandırılan Calvin Döngüsü, bitkinin hafif reaksiyon aşamasından NADPH ve ATP yardımıyla şeker yaptığı işlemdir.

Hafif Reaksiyon fotosentez aşaması aşağıdaki adımları içerir:

• Bitki veya ağacın yaprakları yoluyla atmosferden karbondioksit ve su toplamak.
• Bitkilerdeki veya ağaçlardaki ışık emici yeşil pigmentler, güneş ışığını depolanmış kimyasal enerjiye dönüştürür.
• Işıkla aktive edilen bitki enzimleri, yeniden başlamak için serbest bırakmadan önce enerjiyi ihtiyaç duyulan yere taşır.
  

Bütün bunlar, bitkinin veya ağaç hücrelerinin kloroplastlarının içinde grana veya yığınlar halinde düzenlenmiş, tek tek düzleştirilmiş keseler olan bitkinin thylakoidleri içinde hücresel düzeyde gerçekleşir.

Calvin Döngüsü, 1961 Nobel Kimya Ödülü'nü keşfettiği için Berkeley biyokimyacısı Melvin Calvin (1911-1997) için adlandırılmıştır. Karanlık Reaksiyon aşaması, bitkinin hafif reaksiyondan NADPH ve ATP yardımıyla şeker üretme sürecidir. sahne. Calvin Döngüsü sırasında aşağıdaki adımlar gerçekleşir:

• Bitkilerin, fotosentez için karbonu bitki kimyasallarına (RuBP) bağladığı karbon fiksasyonu.
• Bitki ve enerji kimyasallarının reaksiyona girerek bitki şekerlerini oluşturduğu indirgeme aşaması.
• Bitki besin maddesi olarak karbonhidrat oluşumu.
• Şeker ve enerjinin bir RuBP molekülü oluşturmak için işbirliği yaptığı ve döngünün yeniden başlamasını sağlayan rejenerasyon aşaması.

Tilakoid zarın içine gömülü iki ışık yakalama sistemi vardır: fotosistem I ve fotosistem II Bitkinin yapraklarının ışık enerjisini kimyasala çevirdiği anten benzeri proteinlerden oluşur. enerji. Fotosistem I, düşük enerjili elektron taşıyıcıları sağlarken, diğeri enerjili molekülleri gitmeleri gereken yere iletir.

Klorofil, bitki ve ağaçların yapraklarında bulunan ve fotosentez sürecini başlatan ışık emici pigmenttir. Kloroplast thylakoid içinde organik bir pigment olarak klorofil, enerjiyi yalnızca dar bir bant içinde emer. 700 nanometre (nm) ila 400 dalga boyu aralığında güneş tarafından üretilen elektromanyetik spektrumun nm. Fotosentetik olarak aktif radyasyon bandı olarak adlandırılan yeşil, görünür ışık tayfının ortasında yer alır. daha düşük enerji, ancak yüksek enerjiden daha uzun dalga boyu kırmızılar, sarılar ve turuncular, daha kısa dalga boyu, maviler, çivitler ve menekşeler.

Gibi klorofiller emer tek bir foton veya belirgin ışık enerjisi paketi, bu moleküllerin uyarılmasına neden olur. Bitki molekülü bir kez uyarıldığında, sürecin geri kalan adımları, bu uyarılmış molekülü enerji yoluyla enerji taşıma sistemine sokmayı içerir. fotosentezin ikinci aşamasına, Karanlık Reaksiyon aşamasına veya Calvin'e teslim için nikotinamid adenin dinükleotit fosfat veya NADPH adı verilen taşıyıcı Döngü.

girdikten sonra elektron taşıma zinciri, süreç, alınan sudan hidrojen iyonlarını çıkarır ve onu, bu hidrojen iyonlarının biriktiği thylakoid'in içine iletir. İyonlar yarı gözenekli bir zardan stromal taraftan thylakoid lümenine geçerek bazılarını kaybederler. iki fotosistem arasında var olan proteinler arasında hareket ederken, süreçteki enerjinin Hidrojen iyonları, hücrenin enerji para birimi olan Adenozin trifosfat veya ATP'yi oluşturan sürece katılmadan önce yeniden enerjilenmeyi bekledikleri tilakoid lümeninde toplanır.

Fotosistem 1'deki anten proteinleri, başka bir fotonu emerek onu P700 adlı PS1 reaksiyon merkezine iletir. Oksitlenmiş bir merkez olan P700, nikotin-amid adenin dinükleotit fosfata veya NADP+'ya yüksek enerjili bir elektron gönderir ve onu NADPH ve ATP oluşturmak üzere indirger. Bitki hücresinin ışık enerjisini kimyasal enerjiye dönüştürdüğü yer burasıdır.

Kloroplast, şeker yapmak için ışık enerjisini kullanmak için fotosentezin iki aşamasını koordine eder. Kloroplast içindeki tilakoidler, ışık reaksiyonlarının bölgelerini temsil ederken, Calvin Döngüsü stromada meydana gelir.

Fotosentez sürecine bağlı olan hücresel solunum, ışık enerjisini alıp kimyasal enerjiye dönüştürdüğü ve oksijeni tekrar atmosfere saldığı için bitki hücresi içinde gerçekleşir. Bitki hücresi içinde solunum, fotosentetik işlem sırasında üretilen şekerler olduğunda gerçekleşir. Oksijenle birleşerek hücre için enerji oluşturur ve yan ürünler olarak karbondioksit ve su oluşturur. solunum. Solunum için basit bir denklem fotosentezin tersidir: glikoz + oksijen = enerji + karbon dioksit + ışık enerjisi.

Hücresel solunum, bitkinin tüm canlı hücrelerinde, sadece yapraklarda değil, aynı zamanda bitki veya ağacın köklerinde de meydana gelir. Hücresel solunumun gerçekleşmesi için ışık enerjisine ihtiyaç duymadığından, gündüz veya gece meydana gelebilir. Ancak drenajı zayıf olan topraklarda aşırı sulanan bitkiler, su altında kaldığı için hücresel solunum için bir soruna neden olur. bitkiler köklerinden yeterince oksijen alamazlar ve hücrenin metabolik faaliyetlerini sürdürmek için glikozu dönüştüremezler. süreçler. Bitki çok uzun süre çok fazla su alırsa, kökleri oksijenden yoksun kalabilir, bu da hücresel solunumu durdurabilir ve bitkiyi öldürebilir.

California Üniversitesi Merced Profesörü Elliott Campbell ve araştırma ekibi, Nisan 2017'de Uluslararası bir bilim dergisi olan "Nature", 20. yüzyılda fotosentez sürecinin çarpıcı bir şekilde arttığını söyledi. yüzyıl. Araştırma ekibi, iki yüz yıl süren fotosentetik sürecin küresel bir kaydını keşfetti.

Bu, araştırma yaptıkları yıllarda gezegendeki tüm bitki fotosentezlerinin toplamının yüzde 30 büyüdüğü sonucuna varmalarına neden oldu. Araştırma, küresel olarak fotosentez sürecindeki bir artışın nedenini özel olarak belirlemese de, ekibin bilgisayar modelleri, birleştirildiğinde, küresel fabrikada bu kadar büyük bir artışa neden olabilecek birkaç süreç önermektedir. büyüme.

Modeller, artan fotosentezin önde gelen nedenlerinin atmosferdeki artan karbon dioksit emisyonlarını içerdiğini gösterdi (esas olarak insan kaynaklı faaliyetleri), bu emisyonlar nedeniyle küresel ısınma nedeniyle daha uzun büyüme mevsimleri ve toplu tarım ve fosil yakıtların neden olduğu artan nitrojen kirliliği yanma. Bu sonuçlara yol açan insan faaliyetlerinin gezegen üzerinde hem olumlu hem de olumsuz etkileri vardır.

Profesör Campbell, artan karbondioksit emisyonlarının mahsul verimini teşvik ederken, aynı zamanda istenmeyen yabani otların ve istilacı türlerin büyümesini de teşvik ettiğini kaydetti. Artan karbondioksit emisyonlarının doğrudan iklim değişikliğine neden olduğunu ve kıyı boyunca daha fazla sele yol açtığını kaydetti. alanlar, aşırı hava koşulları ve okyanus asitlenmesinde artış, bunların tümü bileşik etkilere sahiptir. küresel.

20. yüzyılda fotosentez artarken, bitkilerin dünyadaki ekosistemlerde daha fazla karbon depolamasına neden oldu ve bu da onların karbon yutakları yerine karbon kaynakları olmalarına neden oldu. Fotosentezdeki artışla bile, artış fosil yakıt yanmasını telafi edemez, çünkü Fosil yakıt yanmasından kaynaklanan daha fazla karbondioksit emisyonu, bir bitkinin alım kabiliyetini bunaltma eğilimindedir. CO2.

Araştırmacılar, bulgularını geliştirmek için Ulusal Okyanus ve Atmosfer İdaresi tarafından toplanan Antarktika kar verilerini analiz ettiler. Araştırmacılar, buz örneklerinde depolanan gazı inceleyerek geçmişin küresel atmosferlerini gözden geçirdiler.