FOTOSENTEZ

Fotosentezde en çok kullanılan pigment klorofildir.Bitkilerde klorofil kloroplastın içerisinde bulunur,Mavi yeşil alg ve fotosentetik bakterilerde stoplazmada bulunur.

Klorofilin yapısı=4 pirol halkası Mg etrafında dizilmiştir.Klorofil a ve klorofil b olmak üzere 2 çeşit klorofil vardır.Yapılarında C,H,O,N ve Mg bulunur.

Klorofil a => Yüksek spektrumlu ışıkta faaliyet gösterir.

Klorofil b => Düşük spektrumlu ışıkta faaliyet gösterir.

Klorofilin sentezi için Mg ve N gereklidir.Ayrıca yapısında bulunmadıgı halde Fe gereklidir.Çünkü klorofil sentezi sırasında enzim kofaktörü olarak görev yapar.

Bitkinin klorofil sentezinde hem iç faktörler hem de dış faktörler önemlidir. İç faktörler genetik faktörlerdir.Bazı bitkiler giğer tüm faktörler olumlu olduğu halde klorofil sentezleyemezler.Çünkü klorofil geni yoktur.Bu bitklere Albino denir.Bir çok bitki klorofil geni ihtiva etmesine rağmen karanlıkta bulunmaktan dolayı klorofil sentezleyemez.Çünkü klorofil biyosentezi için gün ışığı gereklidir.Kloroplast hücrenin özerk organelidir.Kendi DNA’sı ve ETS’si bulunduğundan dolayı gerekli maddeler bulunduğunda hücre dışında da fotosentezi gerçekleştirir.

Bütün fotosentez çeşitlerinde ortak olan CO2’nin H ile indirgenerek organik maddeye dönüşümüdür.Bitkiler bu hidrojeni H2O’dan temin ederken ,bazı bakteriler elektron kaynağı olarak H2S yada sadece H2 kullanırlar.Sonuç olarak da O2 oluşturmazlar.

Bitkilerde ve mavi yeşil alglerde ;

CO2 +H2O C6H12O6+O2

 

 

Fotosentez de glikozun yapısındaki Oksijen CO2’den gelir.

ATP’ nin asıl enerji kaynağı güneştir.Güneş enerjisi fotosentez ile organik moleküllerin bağlarında kimyasal enerjiye dönüştürülerek depolanır.Organik moleküller hücre solunumu ile parçalanır,bu sırada açığa çıkan enerji ile ATP sentezlenir.

O2’nin kaynağı H2O’dur.Glikozun O2 kaynağı ise CO2’dir.

Bazı bakterilerde ;

CO2+H2S C6H12O6+S+H2O

CO2+H2 C6H12O6+H2O

Albino bitkiler tam parazit olarak yaşarlar.

 

FOTOSENTEZ HIZINI ETKİLEYEN FAKTÖRLER

A-)Işık şiddeti :Genelde ışık şiddeti artdıkça fotosentez hızı da artar.Ançak her türlü bitki ışığı ve ısıyı aynı oranda sevmez.

B-)Işık çeşidi (Dalga boyu):Yeşil ışık yansıtıldığı için fotosentezde en az kullanılan ışıktır.En hızlı fotosentez ise mor ve kırmızı ışıkta görülür.

 

C-)CO2 konsantrasyonu : Havanın CO2 konsantrasyonu normal olarak 0,003’tür.Bu oranı kuvvetli ışık ortamda % 1-2 kadar artışı fotosentezi hızlandırır.Bu değerden sonra oran artsa bile fotosentez hızlanmaz.Çünkü diğer sınırlayıcı faktörlerden ötürü sabit gider.

D-)Sıçaklık : Sıçaklık artışı ile fotosentez hızı da artar.Yanlız 40 C de karanlık evre reaksiyonlarındaki enzimler bozulur.30-40 arası düşüş başlar.

Hücrede fermantasyon ,solunum ,sindirim,protein sentezi gibi bütün enzimatik reaksiyonlar.Sıçaklıkdan aynı şekilde etkilenir.

E-)Su ve Minareler : Su temel etkendir.Turgor basıncının düşmesi fotosentezi olumsuz etkiler.Minareller su içerisinde alınırlar.Minareller ETS’de bulunan ferrodoksin ve stokromların yapısında bulunur.Ayrıca enzimlerin yapısına aktivatör ve kofaktör olarak görev yapar.

Azot ve kükürt tuzlar alınarak aa’lerin sentezinde kullanılır.Bitkilerin ortamdan aldıkları P,Ca,K,Br,Se,Va, molipden gibi elementlerde maddelerin sentezine doğrudan veya dolaylı olarak katılan elementlerdir.

Genetik Faktörler :

Kloroplast sayısı ,klorofil miktarı,stoma sayısı ve yeri,kütikula tabakasının kalınlığı,yaprak yüzeyinin genişliği gibi faktörler fotosentez hızını da etkiler. Bunlar genetik faktörlerdir.

Minimum kuralı :

Minarelerin bir tanesi yeteri kadar olmadığı takdirde ; diğer minareler nekadar çok olursa olsun bitki diğer minarelerden miktarı az olan minarel oranında yararlanacağı için gelişmesi yavaşlar.Buna minimum kuralı denir.

 

Fotosentezin ETS elamanları :

1-)Ferrodoksin

2-)Plastokinon (flavoprotein)

3-)Stokromlardır

Elektron alan indirgenir veren ise yükseltgenir.

 

FOTOSENTEZ REAKSİYONLARI :

Fotosentez ışık ve karanlık evre olmak üzere 2’ye ayrılır.İlk evrede mutlaka ışık gereklidir.Fiziksel olaydır.Klorofil hem elektron alıcı hem de elektro verici olarak görev yapar.Karanlık devre reaksiyonları ışık olsa da olmasa da yürür. Karanlık devre reaksiyonlarının gerçekleşebilmesi için mutlaka ışık reaksiyonlarının gerçekleşmesi gerekir.

 

Işık Reksiyonları :

Işık enerjisi yardımıyla ATP sentezlenmesi olayına fotofosforilasyon denir. Işıklı evre reaksiyonlarında enzimler katalizör olarak görev almaz.Bu devre kloroplastın granalarında gerçekleşir.Mutlaka ışık gereklidir.

 

 

Devirli fotofosforilasyon :

Herhangi bir bileşiğin tüketimi olmaz.Hücrenin kazancı yalnız ATP moleküdür.Her elektron için iki ATP sentezi yapılır.Bu geri dönüş sırasında elektronların serbest kalan enerjisinden yararlanılarak ADP moleküllerine fosfat grubu eklenir ve ATP sentezlenir.

Devirsiz fotofosforilasyon :

Işık enerjisinin soğrulması ile yüksek enerjili elektronlar klorofil-a’dan ayrılır ve ferrodoksin tarafından tutulur.İndirgenen ferrodoksin NADP koenzimi tarafından yükseltgenir.Elektron kazanan 2NADP suyun fotolizi ile açığa çıkan H protonunu alarak 2NADPH2 halini alır.

-Klorofil –a ‘nın elektron kaynağı klorofil-b dir.

-Su,NADP için hidrojen,atmosfer için O2,klorofil-b için elektron kaynağıdır.

-Klorofil –b’nin elektron kaynağı sudur.

-Suyun ışık enerjisi yardımı ile iyonlarına ayrışması olayına Fotoliz denir.

-1 ATP ve 2NADPH2 sentezi gerçekleştirilir.

 

Karanlık devre reaksiyonları (KALVİN REAKSİYONLARI)

Bu evre kloroplastın stromasın da gerçekleşir.Işık kullanılmaz.Ançak bu reaksiyonların gerçekleşebilmesi için ışıklı devre reaksiyonlarının gerçekleşmesi şartdır.Reaksiyonda enzimler kullanılır.Bunun için Sıçaklık değişimlerine karşı hassasdır.

1 mol CO2 molekülünün bağlanabilmesi için 3 ATP ve 2NADPH2 gereklidir.Bir glikozun yapısında 6C olduğuna göre glikoz molekülünün sentezlenebilmesi için 6CO2 molekülünün indirgenmesi gerekir.Bunun için 18 ATP , 12 NADPH2 gelmesi gereklidir.

6CO2+H2O C6H12O6+6O2

Açık formülü 6CO2+12H2O C6H12O6+6H2O+6O2

 

 

 

 

 

 

 

HÜCRE SOLUNUMU

ATP sentez şekilleri :

A-)Substrat düzeyinde fosforilasyon :

ADP molekülü yüksek enerji potansiyeline sahip molekülle direkt ilişkiye girer.Solunumun glikoliz ve krebs evrelerinde görülür.

ADP+fosfoenol pirüvat pirüvat+ATP

B-)Oksidatif fosforilasyon :

Enerji verici besin maddelerinin yıkımından oluşan yüksek enerjili elektronların mitokondrilerde ETS’den oksijene iletilirken ATP’nin sentezlenmesidir.O2’li solunumda görülür.

C-)Fotofosforilasyon :

Işık enerjisi ile ADP’ye fosfat bağlanmasına denir.Klorofile sahip hücrelerde fotosentezde meydana gelir.

D-)Kemosentetik fosforilasyon :

Kemosentez reaksiyonlarında açığa çıkan enerji ile ATP sentezi yapılmasıdır.Kemosentetik bakteriler gerçekleştirir.

Bir hücrede endergonik ve ekzergonik reaksiyonlar vardır.

Endergonik reaksiyon =Enerji gerektiren reaksiyonlardır.(Protein sentezi ,Hücre bölünmesi,Aktif taşıma ,Fotosentez)

Ekzergonik reaksiyonlar=Enerji veren reaksiyonlardır.(Hücre solunumu)

 

HÜCRE SOLUNUMU

Hücrelerde organik besin monomerlerinin enzimler yardımı ile parçalanması ve bu sırada açığa çıkan enerji ile ATP sentezlenmesine Hücresel solunum denir.

O2’siz Solunum (Fermantasyon) :

Organik besin maddelerinin O2 kullanılmadan yıkılarak enerji üretilmesine denir.Fermantasyon olayının tamamı hücrenin stoplazmasın da meydana gelir.

Gerçek solunum denklemi

C6H12O6+6O2+6H2O 6CO2+12H2O

Sadeleştirilmiş solunum denklemi

C6H12+6O2 6CO2+6H2O

 

C6H12O6+6O2+6H2O 6CO2+12H2O+38ATP+ISI

 

 

O2’siz yolla enerji eldesi bakterilerin büyük bir bölümünde maya mantarlarında,omurgalıların çizgili kaslarında ve bazı tohumlarda gerçekleşir. Fermantasyon iki kademeden oluşur.

a-)Glikoliz b-)Son ürün

 

 

 

 

 

Glikoliz reaksiyonları :

Glikozun prüvik asite kadar parçalanması reaksiyonlarına Glikoliz denir.Bu reaksiyonlar hem O2’li hem de O2’siz solunumun başlangıç kısmını oluşturur. Her canlı hücre glikoliz olayını gerçekleştirebilir.Bütün canlılarda glikoliz safhasında görev yapan enzimler aynıdır.Pirüvik asitden sonra kullanılan enzimler farklı türlerde farklılık gösterir.Bunun için fermantasyonun son ürünleri canlı türlerinde farklılık gösterir.Pasif haldeki glikoz moleküllerinin aktifleşerek reaksiyona girebilmesi için canlıların vücut ısısı yetersizdir.Bunun için aktivasyon enerjisi olarak ATP harcanır.

S-ATP sentezi için gerekli enerji nereden alınır.

C-Elektronların ortama bıraktığı enerjiden alınır.

S-ETS’de elektronların aktarım sırası rast gelemidir.

C-ETS elamanları birbirlerinden elektron alma ve bir sonrakine elektron verebilme yeteneklerine göre dizilmiş olup elektronların aktarım sırası bu sıraya göre gerçekleşir.

S –Elektronlar neden doğruda son elektron alıcısı oksijen ile birleşmez.

C-Elektronların başlanğıc da yüksek enerjili olmaları nedeniyle doğrudan oksijen ile birleşmesi yüksek düzeyde enerjinin aniden açığa çıkmasına neden olurdu ki bu da canlıya önemli derecede zarar verirdi.

 

NAD ve FAD hidrojen ve elektron taşıyıcı koenzimler olup ilk elektron alıcı NAD’dır.

 

ETS elamanlarının özellikleri :

NAD,FAD ve CoQ organik yapılı koenzimler olup H ve elektron taşırlar.Yapılarında vitamin vardır.Sitokromlar ise yapısında demir bulunan kofaktörler olup sadece elektron taşırlar.

Glikozun aktifleşmesi için 2 molekül ATP gereklidir.

Glikoliz sonucu :

a-) 4 molekül ATP

b-) 2 molekül NADH2

c-) 2 molekül pirüvik asit (Pürivat)

 

Son ürünlerin oluşması :

Pirüvik asit her canlı türünde en uygun artık maddeye dönüştürülerek vücut dışına atılır.Bu dönüşümü sağlayan enzimlerde farklıdır.Bu kademelerde ATP harcanmaz ve oluşmaz.

1-)Etil alkol fermantasyonu :

Bira mayası (bakteri) ve maya mantarlarında (Fungi) ve şarap bakterilerinde görülür.

Glikoz 2 Pirüvat 2 Asetaldehit 2Etil alkol

CO2 2NADH2 2NAD

 

Pirüvik asit CO2 kaybederek,Asetaldehide dönüşür.Buda NADH2’nin hidrojenlerini tutarak etil alkole dönüşür.Bu reaksiyonda serbest kalan NAD glikolizde tekrar kullanılabilir.

Glikoz+2 ATP 2 CO2+ 2Etil alkol+4 ATP+Isı

Enzimler

Bu canlılarda fermantasyon ürünleri üremeyi durdurucu etki yapar.Bira mayasının ortamdaki alkol oranı % 18’i geçerse üremesi engellenir.

 

2-)Laktik asit fermantasyonu :

Omurgalıların çizgili kaslarında ve yoğurt bakterilerinde olur.

Glikoz 2 Pirüvat 2 Laktik asit(C3H6O3)

2NADH2 2 NAD

 

İnsanda çizgili kas hücrelerinde oksijensiz solunum,oksijen yetmezliğinde gerçekleştirilir.Bu durumda ortamda pirüvik asit birikimi olur.Hücrelerde pirüvik asit (pirüvat) PH’ı düşürür ve bu madde stoplazma dışına çıkamaz.

UYARI : Memeli hayvanlardan olan At’larda laktik asit üretimi olmadığı için yorgunluk hissi oluşmaz.

 

Pirüvat NADH2’nin hidrojenlerini tutarak laktik asite dönüşür.Yoğurt bakterileri süt şekerini fermente ederek laktik asit yaparlar.Az miktarda oluşan laktik asit kasın daha iyi çalışmasını sağlar.Fakat fazla birikirse kasın sertleşmesine ve kasılamamasına neden olur.Laktik asit hücre stoplazmasından kana geçer ve kanın PH’ını düşürür ve beyne giderek yorgunluk hissi verir.

Laktik asit kalpte karaçiğerde ve yeterli O2 varlığında kas hücrelerinde yeniden prüvik asite dönüştürülür.Karaçiğer ve kas hücrelerinde glikozda üretilebilir yani dönüştürülebilir.Pirüvat da yeniden mitokondriye girerek enerji üretimi gercekleşir.

Glikoz+2ATP 2C3H6O3 (Laktik asit)+4ATP

 

Enerji kazancının az olması O2’nin kullanılmaması,monomerlerine tam olarak parcalanamamasından kaynaklanır.

Glikojen bittiği zaman karaciğer diğer organik bileşikleri glikoza dönüştürür.Dönüşüm de yağ asidi ,gliserol,aa’ler kullanılır.Buna glikoneogenezis denir.

 

Protein Karbonhidrat Yağ

Oksijensiz solunum

Oksijenli solunum

1-Bazı bakteriler ,tohumlar , omurgalıların çizgili kaslarında görülür.

1-Bütün ökaryotik canlılar, bazı bakteriler ve mavi yeşil alglerde görülür.

2-Stoplazma da gerçekleşir

2-Stoplazma ve mitokondride olur.

3-Net 2 ATP elde edilir.

3-Net 38 ATP üretilir.

4-Sonuçta etil alkol,laktik asit,asetik asit,CO2 gibi artık ürünler oluşur.

 

4-Sonuçta CO2,H2o ve NH3 gibi inorganik artık ürünler oluşur.

5-Sadece substrat düzeyinde fosforilasyon meydana gelir.

5-Substrat ve oksidatif fosforilasyon meydana gelir.

6-Enerji verimliliği % 2-10 kadardır.

6-Enerji verimliliği % 40 kadardır.

 

O2’li Solunum :

Karbonhidrat,yağ ve proteinlerin O2’ile parçalanması ve ATP sentezlenmesi olayına denir.

O2’li solunumun 3 kademesi vardır.

1-Glikoliz (Stoplazmada görülür) (O2’li ve O2’siz solunumda görülür)

2-Krebs çemberi (Mitokondride görülür) (O2’li solunumda görülür.)

3-Oksidatif fosforilasyon (Mitokondride görülür)(O2’li solunumda görülür)

 

Krebs çemberi :

Üretilen pirüvik asitler oksijen varlığında ortama birer tane CO2 ve H2 vererek asetik asite parçalanır.Asetik asit kısa adı CoA olan bir enzim ile bağlanarak asetil CoA oluşur.Bu arada açığa çıkan hidrojenler NAD tarafından tutularak NADH2 üretimi yapılır.

2Pirüvik asit 2 Asetil CoA+2CO2+2NADH2

 

Pirüvik asitin asetil CoA ya dönüştüğü reaksiyonlar glikoliz veya krebs devri reaksiyonlarına dahil olmayıp ara bir reaksiyondur.Bu reaksiyonlar mitokondride gerçekleşir.

Solunum sonucu oluşan 12 molekül suyun 6 molekülü krebs devrinde kullanılır.Glikoliz evresinde oluşan Pirüvatın mitokondri içerisindeki matrixe geçip O2’li solunuma katılabilmesi için Asetil CoA ya dönüşmesi gerekir.Ortamda O2 varsa pirüvat,Asetil CoA ya döndürülür.

Sonuçta = 4 CO2,6 NADH2,2 FADH2 , 2 ATP üretilir(Substrat düzeyinde).

 

NADH2 kendi başına enerji değildir.Enerji haline dönüşmesi ,ATP üretiminin yapılabilmesi için NADH2’nin taşıdığı yüksek enerjili elektronlerın ve hidrojenin ETS ye aktarılması gerekir.

 

 

 

ETS ( Elektron taşıma sistemi) :

Yükseltgenme yolu ile ETS ‘de ATP sentezlenmesine Oksidatif fosforilasyon denir.Bu safhada görev yapan NAD( nikotin amid adenin dinüklleotid) ,FAD (Flavin adenin di nükleotid),koenzim ve stokromlar(Sit-b, Sit-c, Sit-a , Sit –a3) gibi elektron alıcıları yukarıda olduğu gibi elektron çekme özelliğine göre mitikondrinin iç zarında yer alırlar.

ETS’de bir NADH2 kullanımı sonucu : 3 ATP ve H2O üretilir.Bir atom oksijen tüketilir.

ETS’de bir FADH2 kullanımı sonucu : 2 ATP ve H2O üretilir.Bir atom oksijen tüketilir.

NAD ile koparılan hidrojenler ETS’ne en üst basamaktan girdiklerinden NADH2’den 3 ATP, FAD ile koparılanlar ETS’ne bir alt basamaktan girdiğinden dolayı FADH2’den 2 ATP sentezlenir.

UYARI: 1 glikoz yakılırsa 690000 kalori açığa çıkar.

1 glikoz,organizmada yakılırsa 277400 kalori açığa çıkar.Geri kalan enerji ısı olarak serbest bırakılır.

277400 kal.=38 ATP oluşturulur.(ATP ADP+P+7300 kal.)

C6H12O6+6O2+6H2O 6CO2+12 H2O

 

Değişik kademelerden ayrılan 24 hidrojen enerji yüklü elektronlarını Elektron taşıma sistemine (ETS) verip iyon haline geçer.

Solunum katsayısı= Verilen CO2 Solunumda kullanılan maddenin

Alınan O2 cinsine göre solunum katsayısı

değişebilir.

277400 = % 40 Enerji verimi ortaya çıkar.

686000

Enerjinin geri kalan % 60’lık kısmı ise canlıların vüçüdünda ısı enerjisine dönüştürülür. Oksijenli solunumda meydana gelen % 40 lık enerji veriminin sebebi ise ,glikozun oksijen sayesinde CO2 ve H2O’ya kadar parçalanması sonucu üretilen enerji miktarının fazla olmasıdır.

NOT : Yağ asitleri,gliserol,aminoasitler ve karbonhidratlar farklı sayıda karbon taşıdıkları için farklı sayılarda ATP üretilmesine sebep olurlar. Solunumda ATP üretiminin hesaplanması karbon sayısına ve reaksiyona hangi basamaktan katıldığına bakılarak yapılır.

4C’lu Aminoasitler krebsden,3C’lu Aminoasitler Pirüvatdan,2C’lu aminoasitler Asetil Co-a’dan solunuma katılırlar.

2C’lu yağ asitleri Asetil Co-a’dan ,3C’lu Gliserol Prüvatdan solunuma katılırlar.

Glikoz, galaktoz ve fruktoz Glikoza dönüşerek katılırlar.

Görevi biten 24 H ile O2 birleşir ve su oluşur.O2’li solunum reaksiyonlarında 6H2O açığa çıktığı gösterilir.Çünkü diğer 6H2O mitokondride tutlarak enzimlerin aktive edilmesinde kullanılır.

Sonuçta ETS’ler de toplam 34 ATP elde edilir.Bu durumda ETS’ler oksijenli solunumda en fazla ATP üretilen yerlerdir.Ayrıca 12 H2O oluşurken dışarıdan alınan 6 O2’de harcanır.

 

Oksijenli solunum(Glikoliz+Krebs+ETS)

ATP

Net Kazanç

Stoplazma

Glikoliz

Substrat düzeyinde fosforilasyonla

Oksidatif fosforilasyonile (2NADH+H) 4H

Aktivasyon İçin

 

4

6

-2

 

8 ATP

Mitokondri

Pirüvat Asetil CoA

Oksidatif fosforilasyonile (2NADH+H) 4H

 

6

 

6 ATP

Krebs Çemberi ve ETS

Substrat düzeyinde fosforilasyonla

Oksidatif fosforilasyonla (2FADH+H) 4H

Oksidatif fosforilasyonla (6NADH+H) 12H

 

2

4

18

 

24 ATP

 

 

Toplam

Substrat düzeyinde fosforilasyonla

Aktivasyon için

10 NADH+H 24 H

2 FADH+H

 

 

 

6

-2

34

 

 

 

 

 

 

38 ATP

277.400 Kalori

 

 

 

 

 

Yorum Yaz
Arkadaşların Burada !
Arkadaşların Burada !