Fotosentez, ışık enerjisi kullanılarak inorganik maddelerden (karbondioksit ve su) organik besin (glikoz) sentezlenmesi olayıdır. Bu süreç, yeryüzündeki yaşamın devamı için hayati öneme sahiptir. Bitkiler, algler ve bazı bakteriler gibi klorofil pigmenti taşıyan canlılarda gerçekleşir.

Fotosentezin Genel Denklemi:

​

Bu denklem, karbondioksit ve suyun ışık ve klorofil yardımıyla glikoz ve oksijene dönüştüğünü gösterir.

Fotosentezin Gerçekleştiği Yer: Kloroplast

Fotosentez, bitki hücrelerinde bulunan ve yeşil rengini veren kloroplast organelinde gerçekleşir. Kloroplastın içerisinde fotosentez için gerekli olan iki ana bölge bulunur:

• Granum: Tilakoit adı verilen disk şeklindeki zarlı yapılarının üst üste dizilmesiyle oluşur. Işığa bağımlı reaksiyonlar burada gerçekleşir.
• Stroma: Kloroplastın sıvı kısmıdır. Işıktan bağımsız reaksiyonlar (Calvin döngüsü) burada gerçekleşir.

Fotosentez Evreleri

Fotosentez, birbirini takip eden iki ana evreden oluşur:

1. Işığa Bağımlı Reaksiyonlar:

• Yer: Kloroplastın granumlarında (tilakoit zarlarında).
• Gereksinimler: Işık enerjisi ve su.
• Ürünler: Işık enerjisi, klorofil tarafından emilir ve su molekülü parçalanır (fotoliz). Bu parçalanma sonucunda ATP ve NADPH (yüksek enerjili elektron taşıyıcı molekül) üretilir. Oksijen gazı ise bir yan ürün olarak atmosfere salınır. Bu evre, ışıktan bağımsız evre için gerekli olan enerji ve hidrojen kaynağını sağlar.

2. Işıktan Bağımsız Reaksiyonlar (Calvin Döngüsü):

• Yer: Kloroplastın stromasında.
• Gereksinimler: Işıklı evrede üretilen ATP ve NADPH ile karbondioksit.
• Ürünler: Işıklı evreden gelen ATP ve NADPH kullanılarak karbondioksit molekülü organik besinlere (glikoz) dönüştürülür. Bu evre doğrudan ışığa ihtiyaç duymaz ancak ışıktan bağımlı evrenin ürünlerine bağlı olduğu için genellikle gündüz gerçekleşir.

Fotosentez Hızını Etkileyen Faktörler

Fotosentez hızı, hem genetik (bitkinin türü, kloroplast sayısı) hem de çevresel faktörlere bağlıdır.

Çevresel Faktörler:

• Işık Şiddeti: Belli bir seviyeye kadar ışık şiddeti arttıkça fotosentez hızı artar.
• Sıcaklık: Enzimlerin optimum sıcaklıkta çalışması nedeniyle, sıcaklık ideal aralıkta olmadığında fotosentez hızı düşer.
• CO₂ Miktarı: Ortamdaki karbondioksit miktarının artması fotosentez hızını artırır, ancak belirli bir seviyeden sonra hız sabit kalır.
• Su Miktarı: Su, fotosentez için temel bir hammaddedir. Su azaldığında fotosentez hızı düşer.
• Işığın Dalgaboyu: Fotosentez en hızlı mor, mavi ve kırmızı dalga boylarındaki ışıkta gerçekleşir. Klorofilin yeşil ışığı yansıtması nedeniyle, yeşil ışıkta fotosentez hızı en düşüktür.

Çözümlü Örnek Test Soruları

1. Soru: Fotosentezde, ışıktan bağımsız reaksiyonlar için gerekli olan enerji ve hidrojen kaynağı hangi evrede üretilir? A) Kemosentez B) Glikoliz C) Hücresel solunum D) Işığa bağımlı reaksiyonlar E) Fermantasyon

Çözüm: Işıktan bağımsız reaksiyonlar, ışığa bağımlı reaksiyonlar sonucunda üretilen ATP ve NADPH moleküllerini kullanır. Bu moleküller, ışık enerjisi sayesinde sentezlenir ve ışıktan bağımsız evrede besin sentezi için gerekli enerjiyi ve hidrojeni sağlar. Doğru Cevap: D

2. Soru: Bir bitkinin fotosentez hızını artırmak isteyen bir araştırmacı, aşağıdaki koşullardan hangisini sağlamalıdır? A) Ortam sıcaklığını sürekli artırmak. B) Ortamdaki su miktarını minimum seviyede tutmak. C) Bitkiyi yeşil ışıkla aydınlatmak. D) Ortamdaki karbondioksit miktarını artırmak. E) Işık şiddetini belirli bir seviyenin altına düşürmek.

Çözüm: Fotosentez hızını etkileyen faktörlerden biri olan karbondioksit miktarının artması, diğer koşullar optimum seviyede olduğunda fotosentez hızını artırır. Yeşil ışık hızın düşmesine, çok yüksek sıcaklık veya düşük su miktarı enzimleri olumsuz etkilediği için fotosentezin yavaşlamasına neden olur. Doğru Cevap: D

3. Soru: Fotosentezde suyun fotolizi (ışıkla parçalanması) sonucunda oluşan moleküllerden hangisi atmosfere verilir? A) Karbondioksit B) Glikoz C) Oksijen D) ATP E) NADPH

Çözüm: Fotosentezin ışığa bağımlı evresinde su (H₂O) molekülü ışık enerjisiyle parçalanır. Bu olay sonucunda proton (H+), elektron ve oksijen (O₂) oluşur. Oluşan oksijen gazı, bitki tarafından atmosfere salınır. Doğru Cevap: C

4. Soru: Fotosentezin ışıktan bağımsız reaksiyonları (Calvin Döngüsü) nerede gerçekleşir? A) Mitokondri B) Sitoplazma C) Granum D) Ribozom E) Stroma

Çözüm: Fotosentezin ışıktan bağımsız evresi, kloroplastın sıvı kısmı olan stromada gerçekleşir. Işığa bağımlı evre ise granumda yer alır. Doğru Cevap: E

5. Soru: Aşağıdaki moleküllerden hangisi fotosentezde hem hammadde olarak kullanılır hem de son ürünlerden biri değildir? A) O₂ B) H₂O C) CO₂ D) C₆H₁₂O₆ E) ATP

Çözüm: Fotosentezde karbondioksit (CO₂) ve su (H₂O) hammadde olarak kullanılırken, glikoz (C₆H₁₂O₆) ve oksijen (O₂) son ürünlerdir. ATP ise ışığa bağımlı evrede üretilip ışıktan bağımsız evrede kullanılan bir enerji molekülüdür. Bu nedenle ne hammadde ne de son üründür, süreç içinde kullanılır ve yeniden üretilir. Doğru Cevap: E