Fotosentez Sırasında Oksijen Gazı Nasıl Üretilir?

Fotosentez, bitkilerin ve bazı bakteri ve protistlerin şeker moleküllerini karbondioksit, su ve güneş ışığından sentezlediği süreçtir. Fotosentez, ışığa bağımlı reaksiyon ve ışıktan bağımsız (veya karanlık) reaksiyonlar olmak üzere iki aşamaya ayrılabilir. Işık reaksiyonları sırasında, oksijen ve hidrojen atomlarını serbest bırakan bir su molekülünden bir elektron sıyrılır. Serbest oksijen atomu, daha sonra serbest bırakılan oksijen gazı üretmek için başka bir serbest oksijen atomu ile birleşir.

TL; DR (Çok Uzun; Okumadım)

Oksijen atomları, fotosentezin hafif işlemi sırasında oluşturulur ve daha sonra iki oksijen atomu birleşerek oksijen gazı oluşturur.

Fotosentezdeki ışık reaksiyonlarının birincil amacı, karanlık reaksiyonlarda kullanılmak üzere enerji üretmektir. Enerji, elektronlara aktarılan güneş ışığından hasat edilir. Elektronlar bir dizi molekülden geçerken, bir proton gradyanı oluşur membranlar. Protonlar, şeker yapmak için karbondioksitin kullanıldığı karanlık reaksiyonlarda kullanılan bir enerji molekülü olan ATP'yi üreten ATP sentaz adı verilen bir enzim aracılığıyla zardan geri akar. Bu işleme fotofosforilasyon denir.

Döngüsel ve döngüsel olmayan fotofosforilasyon, proton gradyanını ve dolayısıyla ATP'yi oluşturmak için kullanılan elektronun kaynağına ve hedefine atıfta bulunur. Döngüsel fotofosforasyonda elektron, yeniden enerjilendirildiği ve ışık reaksiyonları boyunca yolculuğunu tekrarladığı bir fotosisteme geri dönüştürülür. Bununla birlikte, döngüsel olmayan fotofosforilasyonda elektronun son adımı, karanlık reaksiyonlarda da kullanılan bir NADPH molekülünün yaratılmasıdır. Bu, ışık reaksiyonlarını tekrarlamak için yeni bir elektron girişini gerektirir. Bu elektrona duyulan ihtiyaç, su moleküllerinden oksijen oluşumuyla sonuçlanır.

Algler ve bitkiler gibi fotosentetik ökaryotlarda fotosentez, kloroplast adı verilen özel bir hücre organelinde gerçekleşir. Kloroplastların içinde fotosentez için iç ve dış ortam sağlayan tilakoid zarlar bulunur. Tilakoid zarlar, bakteriler dahil tüm fotosentetik organizmalarda bulunur, ancak bu zarları kloroplastlar içinde yalnızca ökaryotlar barındırır. Fotosentez, tilakoid zarların içinde bulunan fotosistemlerde başlar. Fotosentezin ışık reaksiyonları ilerledikçe, protonlar, zar boyunca bir proton gradyanı oluşturan zar boşlukları içinde paketlenir.

Fotosistemler, ışık enerjisi kullanarak elektronlara enerji veren thylakoid membran içinde yer alan pigmentleri içeren karmaşık yapılardır. Her pigment, ışık spektrumunun belirli bir bölümüne uyum sağlar. Merkezi pigment klorofil mi? Bu, sonraki ışık reaksiyonlarında kullanılan elektronun toplanmasında ek bir rol oynar. Klorofilin merkezinde mi? su moleküllerine bağlanan iyonlardır. Klorofil bir elektrona enerji verdiğinde ve elektronu fotosistemin dışına bekleyen reseptör moleküllerine gönderdiğinde, elektron su moleküllerinden değiştirilir.

Elektronlar su moleküllerinden sıyrıldığında, su bileşen atomlarına ayrılır. İki su molekülünden gelen oksijen atomları, iki atomlu oksijen (O₂). Elektronları eksik tek protonlar olan hidrojen atomları, thylakoid membran tarafından çevrelenen boşluk içinde proton gradyanının yaratılmasına yardımcı olur. İki atomlu oksijen salınır ve klorofil merkezi işlemi tekrarlamak için yeni su moleküllerine bağlanır. İlgili reaksiyonlar nedeniyle, tek bir oksijen molekülü oluşturmak için klorofil tarafından dört elektrona enerji verilmesi gerekir.