Bir enerjiden bir diğerine

Işığa bağımlı reaksiyonlar, kloroplastlar içinde tilakoid membranda gerçekleşir. Işığa ‘bağımlı’ reaksiyonlar olmasından bu reaksiyonların iş yapabilmek için ışığa ihtiyaç duyduklarını tahmin edersiniz. Bu fotosentezin ilk aşamasında amacın, ışık enerjisini enerjinin diğer formlarına dönüştürmek olduğunu hatırlayınız mı?

Fotosentezin ışığa bağımlı reaksiyonları güneş enerjisini gerektirir. Görsel : Meli27.

Bitkiler şeker üretmek için ışık enerjisini doğrudan kullanamazlar. Bunun yerine bitki, ışık enerjisini kullanabileceği forma ‘kimyasal enerji’ye dönüştürür. Kimyasal enerji ise her yerdedir. Örneğin; otomobiller çalışmak için benzinden kimyasal enerjiye ihtiyaç duyarlar. Bitkilerin kullandıkları kimyasal enerji ATP ve NADPH’lerde depolanır. ATP ve NADPH iki tür enerji taşıyıcı moleküldür. Bu iki molekül sadece bitkilerde değil hayvanlarda da kullanılır.

Enerji oluşumu

Bitkiler NADPH üretmek için suya ihtiyaç duyarlar. Bu su elektronları (negatif yüklü atom altı parçacıklar) serbest bırakmak için parçalanırlar. Su kırıldığında hepimizin soluduğu gaz olan oksijen oluşur.

Elektronlar, tilakoit membranda sıkışmış olan özel proteinler üzerinden geçmelidir. İlk özel protein (fotosistem II proteini) ve elektron taşıma zincirinden geçerler. Daha sonra ikinci bir özel proteinden (fotosistem I proteini) geçerler.

Fotosistem I ve fotosistem II

Bir saniye bekle… İlk elektronlar ikinci fotosisteme geçer yani ilk olan ikinci mi olmalı? Bu gerçekten kafa karıştırıcı gibi görünüyor. Neden fotosistemler bu şekilde isimlendirildi?

 

Su molekülleri elektronları serbest bırakmak için parçalanır. Bu elektronlar daha sonra bir gradyanı aşağı doğru hareket ettirir, bu süreçte ATP enerji dolar. Görsel : Jina Lee.

Fotosistem I ve II’de rota elektronlarının nakil zincirinden geçmesiyle henüz o sırada keşfedilmediklerinden aynı hizada sayılmazlardı.

İlk olarak fotosistem I keşfedildi. Sonra fotosistem II keşfedildi ve elektron taşıma zincirinde daha önce olduğu tespit edildi.  Ancak isim koymak için çok geçti. Yani elektronlar ilk olarak fotosistem II, daha sonra fotosistem I aracılığıyla seyahat eder.

Elektron taşıma zinciri

Elektronlar fotosistem I ve II’de iken güneş ışığından enerji toplar. Peki bunu nasıl yaparlar? Fotosistemlerde bulunan klorofil ışık enerjisini emer. Enerji verilen elektronlar daha sonra NADPH üretmek için kullanılır.

Elektron taşıma zinciri elektronları kolayca alıp veren bir dizi moleküldür. Bunlar aracılığıyla adım adım ilerleyerek, elektronlar bir membran boyunca belirli bir yönde hareket ettirilir. Hidrojen iyonlarının hareketi bununla bağlantılıdır. Bu, elektronlar hareket ettirildiğinde hidrojen iyonlarının da hareket ettiği anlamına gelir.

ATP, hidrojen iyonları tilakoitin iç boşluğuna (lümen) pompalandığında oluşur. Hidrojen iyonları pozitif bir yüke sahiptir. Mıknatıslarda olduğu gibi aynı yükler itilir, böylece hidrojen iyonları birbirlerinden uzaklaşmak ister. Hidrojen iyonları tilakoitten ATP sentaz adı verilen bir zar proteini aracılığıyla kaçar. Protein aracılığıyla hareket ile bir barajdan geçen su gibi güç edinmiş olurlar. Hidrojen iyonları protein içerisinden ve elektron taşıma zincirinden aşağıya doğru hareket ettiğinde ATP oluşur. Bu, bitkilerin güneş ışığını kullanabilecekleri kimyasal enerjiye nasıl dönüştürdükleridir.

Kalvin döngüsü : Havadan hayat kurma

Hava gibi bir şey, nasıl bir ağaçtan oluşan odun haline gelir? Cevabı havayı oluşturan şeyin içinde  yatıyor.

Bir ağacı çevreleyen hava nasıl bir ağaç malzemesi haline dönüşebilir? Diğer malzemeleri yapmak için havadaki karbonun kullanıldığı karmaşık reaksiyonlar yoluyla gerçekleşebilir. Görsel : André Karvath.

Hava; oksijen, karbon ve azot gibi farklı elementleri barındırır. Bu elementler karbondioksit (CO2) gibi molekülleri oluşturur. Karbondioksit, bir karbon ve iki oksijen atomundan oluşur. Bitkiler karbon atomunu karbondioksitten alır ve şeker oluşturmak için kullanırlar.

Bu, Kalvin döngüsü kullanılarak yapılır. Kalvin Döngüsü kloroplastlariçinde, tilakoitlerin (ATP’nin üretildiği yer) dışında oluşur. Işığa bağımlı reaksiyonlar dan gelen ATP ve NADPH Kalvin döngüsünde kullanılır. 

Kalvin döngüsünün bölümlerine bazen ışıktan bağımsız reaksiyonlar denir. Ancak isim sizi yanıltmasın… Bu reaksiyonlar çalışabilmek için güneş ışığına ihtiyaç duyar.

Ayrıca RuBisCo proteini, karbonun havadan şekere dönüştürülmesine yardımcı olur. RuBisCo yavaş bir şekilde çalışır. Bu yüzden bitkilerin ona fazla miktarda  ihtiyacı vardır ve gerçekte  RuBisCo dünyada en çok bulunan proteindir.

Kalvin döngüsünün ürünleri basit şeker olan glikozu üretmek için kullanılır. Glikoz ise daha kompleks şekerler olan selüloz ve nişasta üretiminde kullanılır. Nişasta bitki için enerji depolar, selüloz ise bitkilerin yapıldığı maddedir.

Görseller : Wikimedia Commons. Fide resmi : Bff.