İçerik
- TL; DR (Çok Uzun; Okumadı)
- Fotosentez: Tüm Yaşam İçin Gerekli
- Yapraklarda Fotosentez Gerçekleşiyor
- Güneşten Enerji: Fotosentez Basamakları
- Klorofil, Işık Emilimi ve Enerji Oluşumu
- Fotosentez ve Hücresel Solunum
- Küresel Isınma ve Fotosentez Reaksiyonu
Bitkilerin ve ağaçların güneşten gelen ışığı beslenme enerjisine dönüştürdüğü fotosentez işlemi ilk önce sihir gibi görünebilir, ancak doğrudan ve dolaylı olarak bu süreç tüm dünyayı sürdürür. Yeşil bitkiler ışığa eriştikçe, yaprakları karbondioksit ve atmosferden su çekilmesini sağlamak için ışığı emici kimyasallar veya özel pigmentler kullanarak güneş enerjisini alır. Bu işlem, tüm solunum organizmaları için gereken havada bir bileşen olan oksijeni bir yan ürün olarak tekrar atmosfere bırakır.
TL; DR (Çok Uzun; Okumadı)
Fotosentez için basit bir denklem karbon dioksit + su + ışık enerjisi = glukoz + oksijendir. Bitki krallığı içindeki varlıklar fotosentez sırasında karbondioksit kullandıklarından, insanların nefes alması için atmosfere geri oksijen salgılarlar; Yeşil ağaçlar ve bitkiler (karada ve denizde) öncelikle atmosferdeki oksijenden sorumludur ve bunlar olmadan hayvanlar ve insanlar ve diğer yaşam formları bugün olduğu gibi mevcut olmayabilir.
Fotosentez: Tüm Yaşam İçin Gerekli
Yeşil, büyüyen şeyler gezegendeki tüm yaşam için gereklidir, sadece otçular ve omnivorlar için değil, oksijenin nefes alması için. Fotosentez işlemi, oksijenin atmosfere girmesinin ana yoludur. Gezegendeki güneş ışık enerjisini yakalayan, onu oksijeni salgılayan bitkilere besin sağlayan şekerler ve karbonhidratlara dönüştüren tek biyolojik araçtır.
Bir düşünün: Bitkiler ve ağaçlar esas olarak uzayın dışına ulaşan, güneş ışığı biçiminde, enerjiye doğru çekerek enerji çekebilir ve bu sırada organizmaların gelişmesi için gereken havayı serbest bırakabilir. Tüm oksijen üreten bitkilerin ve ağaçların, tüm oksijen soluyan organizmalar ile simbiyotik bir ilişkiye sahip olduğunu söyleyebilirsiniz. İnsanlar ve hayvanlar bitkilere karbondioksit sağlarlar ve karşılığında oksijen verirler. Biyologlar buna ortak bir simbiyotik ilişki diyor çünkü ilişkideki tüm taraflar fayda sağlıyor.
Linnaean sınıflandırma sisteminde, tüm canlıların, bitkilerin, alglerin ve siyanobakteriler adı verilen bir tür bakterinin sınıflandırılması ve sıralaması güneş ışığından yiyecek üreten tek canlı varlıklardır. Ormanların kesilmesi ve gelişme uğruna bitkilerin çıkarılması argümanı, bu gelişmelerde yaşayacak hiçbir insan kalmaması durumunda verimsiz görünmektedir, çünkü oksijen verecek bitki ve ağaçlar kalmamıştır.
Yapraklarda Fotosentez Gerçekleşiyor
Bitkiler ve ağaçlar ototroflardır, kendi yemeklerini yapan canlı organizmalardır. Bunu güneşten gelen ışık enerjisini kullanarak yaptıkları için, biyologlar onlara foto-fotografçı diyorlar. Gezegendeki bitkilerin ve ağaçların çoğu fotograflardır.
Güneş ışığının gıdaya dönüşümü, kloroplast adı verilen bir yapı olan bitki hücrelerinde bulunan bir organeldeki bitkilerin yaprakları içinde hücresel düzeyde gerçekleşir. Yapraklar birkaç katmandan oluşmasına rağmen, orta katman olan mezofilde fotosentez olur. Stoma adı verilen yaprakların altındaki küçük mikro boşluklar, bitkilerin gaz alışverişini ve bitkilerin su dengesini kontrol ederek, bitkilere karbondioksit ve oksijen akışını kontrol eder.
Su kaybını en aza indirgemek için yaprakların dibinde, güneşten uzak bakan stomalar bulunur. Stomaları çevreleyen küçük koruyucu hücreler, bu ağız benzeri açıklıkların, atmosferdeki su miktarına cevaben şişerek veya büzüşerek açılmasını ve kapanmasını kontrol eder. Stomalar kapandığında, bitki karbondioksit alamadığı için fotosentez gerçekleşemez. Bu, tesisteki karbondioksit seviyelerinin düşmesine neden olur. Gündüz saatleri çok sıcak ve kuru olduğunda, stroma nemi korumak için kapanır.
Bitki yapraklarında hücresel düzeyde bir organel veya yapı olarak, kloroplastlar onları çevreleyen bir dış ve iç zara sahiptir. Bu zarların içinde thylakoids adı verilen tabak şeklindeki yapılar bulunur. Thylakoid membran, bitki ve ağaçların güneşten gelen ışık enerjisini emmekten sorumlu yeşil pigment olan klorofil depoladığı yerdir. Burası, güneş ışığından bitki içinde gitmesi gereken yere taşınan enerjiyi taşımak için çok sayıda proteinin taşıma zincirini oluşturduğu ilk ışığa bağlı reaksiyonların gerçekleştiği yerdir.
Güneşten Enerji: Fotosentez Basamakları
Fotosentez işlemi, iki aşamalı, çok aşamalı bir işlemdir. Fotosentezin ilk aşaması ile başlar Işık reaksiyonlarıolarak da bilinir. Işık Bağımlı Süreci ve güneşten gelen ışık enerjisini gerektirir. İkinci aşama, Karanlık reaksiyon sahne, ayrıca denir Calvin Cycle, bitkinin, hafif reaksiyon aşamasından NADPH ve ATP yardımıyla şeker ürettiği işlemdir.
Işık reaksiyonu fotosentez aşaması aşağıdaki adımları içerir:
Bunların hepsi, bitki veya ağaç hücrelerinin kloroplastlarının içindeki granada veya istiflerde düzenlenmiş tiylakoidler, düzleştirilmiş keseler, bitkilerin içinde hücresel düzeyde gerçekleşir.
Calvin Cycle, Berkeley biyokimyacı Melvin Calvin (1911-1997) olarak adlandırılan, 1961 Nobel'in Kimyada Karanlık Tepki aşamasını keşfettiği ödülünü alan, bitkinin hafif reaksiyon aşamasından NADPH ve ATP yardımıyla şeker ürettiği süreçtir. Calvin Cycle sırasında aşağıdaki adımlar gerçekleşir:
Klorofil, Işık Emilimi ve Enerji Oluşumu
Thylakoid membran içerisine gömülü iki ışık yakalama sistemidir: bitkilerin ışık enerjisini kimyasal enerjiye dönüştürdüğü anten benzeri proteinlerden oluşan fotosistem I ve fotosistem II. Fotosistem I düşük enerjili elektron taşıyıcıları sağlarken diğeri de gitmeleri gereken enerjilendirilmiş molekülleri sağlar.
Klorofil, fotosentez işlemini başlatan bitkilerin ve ağaçların yapraklarının içindeki ışığı emici bir pigmenttir. Kloroplast thylakoid içindeki bir organik pigment olarak klorofil, yalnızca güneşin 700 nanometre (nm) ila 400 nm dalga boyu aralığında üretilen elektromanyetik spektrumun dar bir bandı içindeki enerjiyi emer. Fotosentetik olarak aktif radyasyon bandı olarak adlandırılan yeşil, düşük enerjiyi ayıran görünür ışık spektrumunun ortasında oturur, ancak daha yüksek enerjiden daha uzun dalga boyu kırmızıları, sarıları ve portakalları, daha kısa dalga boyları, maviler, çiviler ve menekşeler.
Gibi klorofiller emer tek bir foton veya farklı ışık enerjisi paketi, bu moleküllerin heyecanlanmasına neden olur. Bitki molekülü uyarıldığında, işlemdeki adımların geri kalanı, fotosentezin ikinci aşamasına, Dark Reaction aşamasına iletilmek üzere, nikotinamid adenin dinükleotit fosfat veya NADPH adı verilen enerji taşıyıcısı yoluyla bu uyarılmış molekülün enerji nakil sistemine dahil edilmesini içerir. veya Calvin Cycle.
Girdikten sonra elektron taşıma zinciriProses, alınan sudan hidrojen iyonları alır ve bu hidrojen iyonlarının biriktiği tiyaloid içerisine iletir. İyonlar yarı gözenekli bir zar boyunca stromal taraftan thylakoid lümene geçerek işlemdeki enerjinin bir kısmını kaybeder ve bunlar iki fotosistem arasında var olan proteinler arasında ilerlerler. Hidrojen iyonları, adenosin trifosfat veya ATP'yi hücrenin enerji para birimi yapan prosese katılmadan önce yeniden enerjilendirilmeyi bekledikleri tiyoloid lümeninde toplanır.
Fotosistem 1'deki anten proteinleri, P700 olarak adlandırılan PS1 reaksiyon merkezine ileten başka bir fotonu absorbe eder. Oksitlenmiş bir merkez olan P700, nikotin-amid adenin dinükleotit fosfat veya NADP + 'ya yüksek enerjili bir elektron salıverir ve NADPH ve ATP oluşturmak üzere azaltır. Bitki hücresinin, ışık enerjisini kimyasal enerjiye dönüştürdüğü yer burasıdır.
Kloroplast, şeker yapmak için ışık enerjisi kullanmak için fotosentezin iki aşamasını koordine eder. Kloroplast içindeki thylakoids, ışık reaksiyonlarının bölgelerini temsil ederken, Calvin Cycle stromada meydana gelir.
Fotosentez ve Hücresel Solunum
Fotosentez işlemine bağlı hücresel solunum, bitki hücresinde ışık enerjisinde olduğu gibi oluşur, kimyasal enerjiye dönüşür ve oksijeni tekrar atmosfere bırakır. Bitki hücresinde solunum, fotosentetik işlem sırasında üretilen şekerler, hücre için enerji oluşturmak için oksijenle birleşerek ve solunum yan ürünleri olarak karbondioksit ve su oluşturduğunda meydana gelir. Solunum için basit bir denklem fotosentezin tersidir: glukoz + oksijen = enerji + karbon dioksit + ışık enerjisi.
Hücresel solunum tüm canlı hücrelerde, sadece yapraklarda değil, aynı zamanda bitkinin veya ağacın köklerinde de meydana gelir. Hücresel solunum, gerçekleşmesi için ışık enerjisine ihtiyaç duymadığından gece veya gündüz oluşabilir. Ancak suların yetersiz drenaja sahip topraklardaki aşırı sulanması hücresel solunum için bir soruna neden olur, çünkü su altındaki bitkiler köklerinden yeterli oksijen alamazlar ve hücrelerin metabolik süreçlerini korumak için glikozu dönüştürürler. Bitki çok uzun süre çok fazla su alırsa, kökleri oksijenden mahrum olabilir, bu da hücresel solunumun durmasına ve bitkiye neden olabilir.
Küresel Isınma ve Fotosentez Reaksiyonu
Kaliforniya Üniversitesi Merced Profesörü Elliott Campbell ve araştırma ekibi, uluslararası bir bilim dergisi olan Nature dergisinin Nisan 2017 tarihli bir makalesinde fotosentez sürecinin 20. yüzyılda çarpıcı biçimde arttığına dikkat çekti. Araştırma ekibi iki yüz yıl boyunca durgun olan fotosentetik sürecin küresel bir kaydını keşfetti.
Bu, gezegendeki tüm bitki fotosentezlerinin toplamının, araştırdıkları yıllarda yüzde 30 büyüdüğü sonucuna varmalarına neden oldu. Araştırma, küresel olarak fotosentez sürecindeki artışın nedenini özel olarak tanımlamamasına rağmen, ekip bilgisayar modelleri, bir araya geldiklerinde, küresel bitki büyümesinde bu kadar büyük bir artışa yol açabilecek birkaç işlem önermektedir.
Modeller, artmış fotosentezin önde gelen nedenlerinin atmosferdeki (başlıca insan faaliyetleri nedeniyle) artan karbondioksit emisyonlarını, bu emisyonlar nedeniyle küresel ısınma nedeniyle daha uzun süre artan mevsim ve kitle tarımı ve fosil yakıt yanmasının neden olduğu azot kirliliğini içerdiğini göstermiştir. Bu sonuçlara yol açan insan faaliyetlerinin gezegen üzerinde hem olumlu hem de olumsuz etkileri vardır.
Profesör Campbell, artan karbondioksit salınımının mahsul verimini artırdığı halde istenmeyen yabani otların ve istilacı türlerin büyümesini de uyardığını belirtti. Artan karbondioksit emisyonlarının doğrudan kıyı bölgelerinde daha fazla su basmasına, aşırı hava koşullarına ve hepsinin küresel olarak bileşik etkileri olan okyanus asitlenmesinde bir artışa neden olan iklim değişikliğine doğrudan neden olduğunu belirtti.
20. yüzyıl boyunca fotosentez artarken, bitkilerin dünyadaki ekosistemlerde daha fazla karbon biriktirmelerine neden olarak karbon lavabolar yerine karbon kaynağı olmalarına neden oldu. Fotosentezdeki artışla bile, fosil yakıt yanmasından kaynaklanan daha fazla karbon dioksit emisyonu, bitkilerin CO2 alma kabiliyetini etkileme eğiliminde olduğu için, fosil yakıt yanmasını telafi edemez.
Araştırmacılar, bulgularını geliştirmek için Ulusal Okyanus ve Atmosfer İdaresi tarafından toplanan Antarktika kar verilerini analiz ettiler. Araştırmacılar buz örneklerinde depolanan gazı inceleyerek geçmişin küresel atmosferlerini gözden geçirdiler.