Fotosentez Nedir? Fotosentez ile Yakıt Üretilebilir mi?

0
385
Fotosentez Nedir?

Güneş ışığından enerji alırken, bu enerjiyi kimyasal enerjiye çevirmek bitkiler, bazı bakteriler ve algler tarafından kullanılmaktadır. Peki burada yer alan işlem nasıl adlandırılır?

Fotosentez Nedir?

Bitkiler besin yaptıkları sırada dışarıdan karbon dioksit alır ve oksijen verir. Burada ise yapraklara yeşil renk veren klorofil maddesi güneş enerjisi ile birlikte karbon dioksit ve suyu, oksijen ve basit şekerlere dönüştürmektedir. Basit şekerler ise bitki için gerekli besinlere dönüşürken, açığa çıkan oksijen ise havaya geri döner. Bu işlem ise fotosentez olarak adlandırılır.

Fotosentez Yaprak

Farklı bir tanımla ise ışık enerjisini şeker niteliğinde kimyasal enerjiye dönüştürülme süreci olarak adlandırılır. Bu süreçte su ve karbondioksitten glukoz moleküleri elde edilir.Bu glukoz molekülleri ise enerji ve sabit organik karbon sağlayarak önemli bir iş yapmış olur.

Fotosentez, Oksijenli ve Anoksijenik olmak üzere ikiye ayrılır. İkisi de birbirine benzerlik göstermekle beraber en yaygın olarak oksijenli fotosentez ile karşılaşılmaktadır. Bu tür bitkiler, algler ve siyanobakterilerde görülmektedir.

Oksijenli Fotosentez

Oksijenli fotosentez türünde ışık enerjisi elektronları, karbonhidrat üretebilmek için sudan karbon dioksite elektronları aktarır. Bu işlem esnasında karbondioksit elektron alarak azalır, su oksitlenir ve elektronları kaybeder. Sonuçta ise karbonhidratlar ile birlikte oksijen üretilir.

Oksijenli fotosentez, tüm solunum organizmaları tarafında üretilen karbondioksiti alır ve oksijeni atmosfere yeniden salarak denge işlemi görür.

Oksijenli fotosentez formülü aşağıdaki gibi yazılır:

6CO 2  + 12H 2 O + Işık Enerjisi → C6 H 12 O 6  + 6O 2  + 6H 2 O

Anoksijenik Fotosentez

Anoksijenik fotosentez türünde su dışındaki elektron vericileri kullanılır. İşlem tipik olarak çeşitli sucul habitatlarda bulunan mor bakteriler ve yeşil sülfür bakteriler gibi türlerde görülür.

Anoksijenik fotosentez formülü şu şekilde yazılır:

CO  + 2H 2 A + Işık Enerjisi → [CH 2 O] + 2A + H 2 O

Wisconsin-Madison Üniversitesi‘nde botanik profesörü olarak görev yapan David Baum, “Anoksijenik fotosentez oksijen üretmez. Bu nedenle ismi de bu şekildedir.” şeklinde açıklama yaptı ve devam etti. “Üretilen şeyin ne olduğunu, elektron donörüne bağlıdır. Örneğin, birçok bakteri bir yan ürün olarak katı kükürt üretirken, kötü kokulu yumurta gaz hidrojen sülfit kullanır.

Not: Denklemlerde yer alan A harfi bir değişkendir ve H 2 A potansiyel elektron vericisini temsil etmektedir.

Kloroplast ve Klorofil

Aşağıdaki fotosentez için gerekli olan hücresel bileşenleri listeledik.

Pigmentler

Pigment, bitki, alg ve bakterilere renk veren moleküller olarak tanımlanabilir. Aynı zamanda da güneş ışığını etkili bir şekilde yakalamaktan da sorumludurlar. Pigmentler farklı renkte olup farklı dalga boylarını emmektedir. Bunlar;

  • Klorofil: Yeşil renkli pigmentler olup, mavi ve kırmızı ışık yakalama yeteneğine de sahiptir. Klorofillerin Klorofil a, Klorofil b ve Klorofil c olmak üzere üç alt türü bulunmaktadır. Bazı bilim adamlarına göre tüm fotosentez yapan bitkilerde Klorofil a bulunur. Bu pigment, esas olarak anoksijenik fotosentez yapan mor ve yeşil bakterilerde görülmektedir.
  • Karotenoidler: Karotenoidler, kırmızı, turuncu veya sarı renkli pigmentler olmakla birlikte mavimsi-yeşil ışığı emer. Karotenoid örnekleri, havuçun rengini aldığı ksantofil (sarı) ve karoten (turuncu) olarak gösterilebilir.
  • Fikobilin: Fikobilin kırmızı veya mavi pigmentler olmakla birlikte klorofil ve karotenoidler tarafından iyi emilemeyen ışık dalga boylarını emer. Siyanobakteriler ve kırmızı alglerde görülmektedir.

Plastidler

Fotosentetik ökaryotik organizmalar, sitoplazmalarında plastidler olarak adlandırılan organelleri içermektedir. Bitkiler ve alglerde yer alan çift membranlı plastidler birincil plastidler olarak adlandırılırken, planktonlarda bulunan ise çok-membranlı olarak adlandırılmaktadır.

Kloroplastlarda yer alan özellikle Grana ve Stroma bölgelerinde fotosentez oluşmaktadır. Grana organelin en iç kısmıyken, membranlar ise plakalar gibi sütunlara istiflenmiş disk şeklindeki bir koleksiyondur. Tek tek diskler thylakoids olarak adlandırılır. Burada elektronların transferi gerçekleşir. Grana kolonları arasındaki boş alanlar ise stromayı oluşturmaktadır.

Anten

Pigment molekülleri, proteinlere bağlanır, bu durumda onlara ışığa ve birbirlerine doğru hareket etme esnekliğine izin verir.

Arizona State Üniversitesi‘nde profesör olan Wim Vermaas‘ın yazdığı bir makaleye göre 100 ila 5.000 pigment molekülünden oluşan geniş bir koleksiyon “antenler” meydana getirir. Bu yapılar, ışık enerjisini güneşten, fotonlar biçiminde etkili bir şekilde yakalar.

Reaksiyon merkezleri

Işık enerjisini kimyasal enerjiye dönüştüren ve elektron transferi sürecine başlayan pigmentler ve proteinler reaksiyon merkezleri olarak bilinmektedir.

Fotosentez Nasıl Gerçekleşir?

Fotosentez iki şekilde gerçekleşir.

Işığa bağlı reaksiyonlar (ışık reaksiyonları olarak da adlandırılır): Bir ışık foton reaksiyon bölgesine çarptığında, klorofil gibi bir pigment molekülü bir elektron salgılar.

Der Baum çalışmasıyla ilgili şu sözlerde bulunmuştu: “Yararlı işler yapmanın temel hilesi, elektronun evine geri dönmesini engellemektir” dedi ve devam etti. “Ancak bu durum kolayca önlenemez. Çünkü klorofil artık elektronları çekme eğiliminde olan bir elektron deliğine sahiptir.” şeklinde konuştu.

Burada serbest bırakılan elektron, ATP (Adenosin Trifosfat, hücreler için bir kimyasal enerji kaynağı) ve NADPH üretmek için gereken enerjiyi üreten bir elektron taşıma zinciri içinden geçerek kaçmayı başarır. Orijinal klorofil pigmentindeki “elektron deliği” ise sudan bir elektron alarak doldurulur ve dengeyi sağlar. Sonuç olarak, oksijen atmosfere salınır. Yani fotosentez işlemi gerçekleşir.

Işıktan bağımsız reaksiyonlar (karanlık reaksiyonlar olarak da bilinir ve Calvin döngüsü olarak da bilinir): Işık reaksiyonları, zengin enerji kaynakları olan ATP ve NADPH üretir. Üç kimyasal reaksiyon adımı Calvin Döngüsü oluşturur: “karbon fiksasyonu, redüksiyon ve rejenerasyon”. Bu reaksiyonlar su ve katalizörleri kullanır.

Bilim adamları tarafından son yıllarda yapılan çalışmalarda fotosentetik organizmaların hidrojen, metan gibi yanan yakıtları üretmek için olası bir kaynak olduğunu ortaya koymuşlardır.

Finlandiya’nın köklü üniversitelerinden Turku Üniversitesi Araştırma Heyeti tarafından, yeşil alglerin hidrojen üretme kabiliyeti olduğu ortaya konmuştur. Peki nasıl? Yeşil algler, ilk önce karanlık, oksijensiz koşullara maruz bırakılır ve daha sonra ışığa maruz kalırlarsa, birkaç saniyeliğine hidrojen üretebildiği ortaya konmuştur. Ayrıca araştırma ekibi, yeşil alglerin hidrojen üretimini üç güne kadar uzatabilecek bir yöntem geliştirmeyi de başarmıştır. için bir yol geliştirdi.

Yapay Fotosentez Üretimi

Diğer taraftan araştırmalarını sürdüren bilim adamları da fotosentezi yapay olarak üretmenin bir yolunu buldular. Bu konu hakkında bir çalışma yapan Kaliforniya Üniversitesi araştırmacıları “Nanotelleri kullanarak karbondioksit yakalamak için yapay bir sistem ya da çap olarak bir metrenin birkaç milyarda biri olan teller geliştirdi. Bu teller, güneş ışığından enerji kullanarak karbondioksiti yakıtlara veya polimerlere indirgeyen bir mikrop sistemine geçebiliyor ve fotosentez üretiminde önemli bir aşama kaydediyor.”

Fotosentez gibi sadece doğal ortamlarda açığa çıkan süreçlerin sürekli araştırılması, çeşitli yenilenebilir enerji kaynaklarını kullanmanın yeni yollarını geliştirmede bilim insanlarının en önemli amacıdır.

Kaynakça

Finlandiya, Turku Üniversitesi Araştırma Grubu Çalışması: https://pubs.rsc.org/en/Content/ArticleLanding/2018/EE/C8EE00054A#!divAbstract

Amerika, Kaliforniya Üniversitesi Araştırma Grubu Çalışması: https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.nanolett.5b01254?journalCode=nalefd&

CEVAP VER

Please enter your comment!
Please enter your name here