Fotosentez Tepkimeleri Sorusu
Sorunun İncelemesi ve Yanıtı:
Bu soruda fotosentezin ışıklı evre reaksiyonlarının kemiosmotik hipoteze göre açıklanan süreçleri verilmiştir. Soruda grafikte bulunan yapıların işlevleri ve olayların gerçekleşme süreçlerine dair bilgiler yer almakta ve verilen seçeneklerden hangisinin doğru olmadığı sorulmaktadır.
Şıklardan İnceleme:
-
A) Atmosfere verilen oksijenin kaynağını su oluşturur.
Fotosentezde suyun fotolizi sırasında oksijen açığa çıkar. Bu doğru bir bilgi. -
B) Elektron, bir dizi indirgenme ve yükseltgenme tepkimeleriyle enerjisinin bir kısmını kademeli olarak sisteme dahil etmiştir.
Elektron taşıma zinciri bu şekilde çalışır. Elektronlar klorofil ve ETS boyunca enerji aktarımı yapar. Bu doğru bir bilgi. -
C) Suyun fotolizi ile NADP⁺’nin indirgenmesi kloroplastın farklı bölgelerinde gerçekleşir.
Su fotolizi tilakoit boşlukta (lümen), NADP⁺’nin indirgenmesi ise stroma tarafında gerçekleşir. Bu doğru bir bilgi. -
D) Oksidatif fosforilasyonla ATP üretimi gerçekleşmiştir.
Fotosentezin ışıklı reaksiyonlarında fotofosforilasyon ile ATP üretilir, oksidatif fosforilasyondan bahsedilmesi yanlış bir bilgi. -
E) Tilakoit boşlukta derişimi artan protonların tekrar stroma geçişinde düşük pH etkilidir.
Protonların tilakoid boşlukta birikmesi pH’ı düşürür ve bu durum ATP sentazın çalışmasına neden olur. Bu doğru bir bilgi.
Doğru Yanıt: D şıkkı
Fotosentezde ATP üretimi oksidatif fosforilasyon yoluyla değil, fotofosforilasyon adı verilen bir süreçle gerçekleşir.
Bu, öğrencinin doğru bir şekilde işaretlediği cevaptır.
Fotosentez tepkimeleri: “Hangisi söylenemez?” sorusu
Soru (Özet):
Yukarıdaki şemada fotosentezin ışıklı evre reaksiyonları kemiozmotik hipotezle açıklanmış ve aşağıdaki maddelerden hangisinin söylenemeyeceği sorulmuştur:
A) Atmosfere verilen oksijenin kaynağını su oluşturur.
B) Elektron, bir dizi indirgenme ve yükseltgenme tepkimeleriyle enerjisinin bir kısmını kademeli şekilde sisteme dahil etmiştir.
C) Suyun fotolizi ile NADP⁺’nin indirgenmesi kloroplastın farklı bölgelerinde gerçekleşir.
D) Oksidatif fosforilasyonla ATP üretimi gerçekleşmiştir.
E) Tilakoit boşlukta derişimi artan protonların tekrar stromaya geçişinde düşük pH etkilidir.
Adım Adım Açıklama
-
Fotosentezde serbest oksijenin kaynağı (A seçeneği)
- Işıklı evre reaksiyonlarında su (H₂O) fotolize uğradığında elektron ve protonlar ayrılır, oksijen (O₂) atmosfere verilir. Bu doğru bir ifadedir.
-
Elektron akışı ve enerji kazanımı (B seçeneği)
- Işıklı evrelerde elektronlar, fotosistemlerden elektron taşıma zincirine (ETS) aktarılır. Yükseltgenme-indirgenme basamakları sırasında enerji kademeli olarak ATP sentezinde kullanılır. Bu da doğru bir ifadedir.
-
Suyun fotolizi ve NADP⁺ indirgenmesi (C seçeneği)
- PSII’de (Fotosistem II) suyun fotolizi gerçekleşir ve açığa çıkan elektronlar ETS boyunca ilerleyerek PSI’a (Fotosistem I) aktarılır. PSI’da elektronlar NADP⁺’ye aktarılır. Bu iki olay kloroplastın farklı bölgelerinde (tilakoit zarda ve stroma tarafında) gerçekleşir. Bu ifade de doğrudur.
-
ATP sentezinin türü (D seçeneği)
- Fotosentezin ışıklı evresinde ATP sentezi “fotofosforilasyon” denilen mekanizma ile gerçekleşir. “Oksidatif fosforilasyon” ise oksijenli solunumda (mitokondride) gerçekleşen ATP üretim mekanizmasıdır. Fotosentezde oksidatif fosforilasyon ifadesi yanlıştır.
-
Tilakoit boşluktaki proton derişimi (E seçeneği)
- Işıklı evre sırasında ETS protonları (H⁺) tilakoit boşluğa pompalar, böylece tilakoit içi pH düşerken stroma pH daha yüksektir. Protonlar ATP sentaz aracılığıyla geri akarken ATP sentezi yapılır. Tilakoit boşluktaki düşük pH (proton derişimi) bu süreçte etkilidir. Bu ifade doğrudur.
Hangi İfade “Söylenemez”?
D) Oksidatif fosforilasyonla ATP üretimi gerçekleşmiştir.
Çünkü fotosentezin ışıklı evresinde ATP üretimi “fotofosforilasyon” ile sağlanır, “oksidatif fosforilasyon” terimi solunum süreçleri için geçerlidir. Dolayısıyla “D şıkkı” hatalıdır (söylenemez).
32. Fotosentezin Işıklı Evre Reaksiyonlarının Kemiozmotik Hipotezle Açıklanması Sorusunda “Hangisi Söylenemez?”
Cevap:
Bu soruya ait çoktan seçmeli şıklar incelendiğinde, ışıklı evre (ışık reaksiyonları) sırasında gerçekleşen olayları ve görev alan yapılara ilişkin her bir ifadenin doğruluğu/yanlışlığı açısından şu sonuca ulaşılır:
- A, B, C ve E seçeneklerinde anlatılan olaylar fotofosforilasyon, elektron taşınım zinciri ve suyun fotolizi gibi süreçlerle uyumludur.
- D seçeneğindeki “oksidatif fosforilasyon” ifadesi ise (fotosentezin ışıklı evresinde gerçekte gerçekleşen tepkimenin adı “fotofosforilasyon” olması gerektiğinden) bu sistemle doğrudan doğruya uyuşmaz. Fotosentezin ışık reaksiyonları sırasında ATP sentezine “fotofosforilasyon” denir; “oksidatif fosforilasyon” ifadesi solunum süreçlerine özgüdür. Dolayısıyla “D şıkkı” fotosentezin ışıklı evresiyle ilgili yanlış veya “söylenemez” ifadedir.
Aşağıdaki içerikte, bu sorunun kapsamına giren kavramlar, ışık reaksiyonlarının mekanizması, kemiozmotik hipotezin temel unsurları ve seçeneklerin neden doğru/yanlış olduğu ayrıntılı biçimde ele alınmaktadır.
İçindekiler
- Fotosentezin Işıklı Evresi ve Genel Tanımı
- Kemiozmotik Hipotez Nedir?
- Tilakoit Yapılar ve Proton Gradienti
- Fotofosforilasyon vs. Oksidatif Fosforilasyon
- Şıkların Zihin Haritası: Doğru ve Yanlış Noktalar
- Tablo: Fotosentez Işıklı Evre Süreçleri ve Görev Alan Yapılar
- Adım Adım Işıklı Evre Olayları
- Soru Seçeneklerinin Değerlendirilmesi
- Özet ve Sonuç
1. Fotosentezin Işıklı Evresi ve Genel Tanımı
Fotosentezin ışıklı evresi, kloroplastlarda bulunan tilakoit zar sisteminde meydana gelen ve güneş ışığını kullanarak enerji taşıyıcı moleküller (ATP, NADPH) ile oksijen üretiminin gerçekleştiği süreçtir. Temel aşamaları şunlardır:
- Işık enerjisinin klorofil molekülleri tarafından soğurulması
- Elektronların uyarılması ve elektron taşıma zinciri boyunca iletilmesi
- Suyun parçalanması (fotoliz) yoluyla oksijenin açığa çıkması ve elektron/proton üretimi
- Proton gradyanının oluşturulması ve ATP üretimi (fotofosforilasyon)
- NADP⁺’nin indirgenerek NADPH şekline dönüştürülmesi
Bu evre, “ışığa bağımlı reaksiyonlar (Light-Dependent Reactions)” olarak da adlandırılır.
2. Kemiozmotik Hipotez Nedir?
Kemiozmotik hipotez, 1961 yılında Peter Mitchell tarafından ortaya atılan ve hem fotosentetik hem de solunum süreçlerinde (mitokondriyal solunumda) ATP sentezinin ana mekanizmasını açıklayan teoridir. Temel olarak, bir zar (tilakoit zarı veya mitokondri zarı) boyunca protonların (H⁺ iyonlarının) diferansiyel dağılımı sağlanarak bir proton gradyanı oluştuğunu, bu gradyan aracılığıyla ATP sentaz enzimini çalıştırarak ATP üretildiğini savunur. Fotosentezdeki ışıklı evrede:
- Tilakoit zarı boyunca proton konsantrasyonu, lümende (tilakoit boşluk) artar.
- Protonlar, ATP sentaz kanalı aracılığıyla stromaya geri döner.
- Bu geçiş sırasında açığa çıkan enerji, ADP’yi ATP’ye dönüştürmek için kullanılır.
3. Tilakoit Yapılar ve Proton Gradienti
Tilakoitler, kloroplastın içinde bulunan ve ışık reaksiyonlarının gerçekleştiği disk şeklindeki keseciklerdir. Bu keseciklerin zarı üzerinde ışığa duyarlı pigmentler (klorofil a, klorofil b vb.) ve elektron taşıma zincirinin gerekli protein-kompleksleri yer alır. Tilakoit membranın iç kısmındaki boşluğa “tilakoit lümen(boşluk)” denir; dış tarafta ise kloroplastın sıvı kısmı (stroma) bulunur.
Kemiozmotik sürece göre:
- Elektron taşıma zincirinde elektronlar akar.
- Su fotolize uğrayarak elektron kaynağı ve lümende proton artışı yaratır.
- ETS boyunca hidrojen iyonlarının (H⁺) lümene pompalanması, lümen tarafında pH’in düşmesine (asitlik artışına) sebep olurken, stroma tarafında pH daha yüksek kalır.
- Bu proton gradyanı nihayetinde ATP sentaz enzimi aracılığıyla ATP sentezini tetikler.
4. Fotofosforilasyon vs. Oksidatif Fosforilasyon
- Fotofosforilasyon: Fotosentezde ışık enerjisinin kimyasal enerjiye (ATP) dönüştürülmesi sürecidir. Tilakoit zarında gerçekleşir. Elektronlar, ışıkla uyarılmış klorofil moleküllerinden başlar ve suyun fotolizinden gelen elektronlar sistemde taşınarak NADP⁺’ye kadar aktarılır. Proton gradyanının sağladığı itici güç, ATP sentaz üzerinden ATP üretir.
- Oksidatif fosforilasyon: Hücresel solunum sırasında, mitokondrinin iç zarındaki elektron taşıma zincirinde oksijen son elektron alıcısı olarak kullanılır. Burada elektronların besinlerden (NADH, FADH₂) gelip oksijene aktarılması sırasında oluşan proton gradyanı, ATP sentazla ATP üretir.
Burada önemli vurgu: Fotosentezin ışıklı evresindeki ATP üretimine “fotofosforilasyon” denir; “oksidatif fosforilasyon” ifadesi soluk alıp verme (solunum) ile ilişkilidir.
5. Şıkların Zihin Haritası: Doğru ve Yanlış Noktalar
A) Atmosfere Verilen Oksijenin Kaynağını Su Oluşturur.
Bu ifade, fotosentezin ışıklı evresiyle tamamen uyumludur. Fotosistem II’de (PS II) ışık enerjisi sayesinde suyun fotolizi gerçekleşir ve açığa çıkan elektronlar klorofil eksik elektronlarını tamamlar. Suyun parçalanması şu şekildedir:
Bu reaksiyonla açığa çıkan O₂ atmosferdeki oksijenin kaynağını oluşturur. Bu nedenle A doğru bir ifadeyi yansıtır.
B) Elektron, Bir Dizi İndirgenme ve Yükseltgenme Tepkimeleriyle Enerjisinin Bir Kısmını Kademeli Olarak Sisteme Dahil Etmiştir.
Fotosentezdeki ışık reaksiyonları sırasında elektronlar, fotosistem II’den başlayarak fotosistem I’e hatta NADP⁺’ye kadar uzanan bir dizi elektron taşıma kompleksi (sitokromlar, plastokinon, plastosiyanin vb.) üzerinden geçer. Her adımda elektron belli miktarda enerji kaybeder ve bu enerji protonların lümene pompalanmasında kullanılır. Dolayısıyla elektronun enerjisi “kademeli” olarak sisteme dahil olur. Bu nedenle B de doğru bir ifadedir.
C) Suyun Fotolizi ile NADP⁺’nin İndirgenmesi Kloroplastın Farklı Bölgelerinde Gerçekleşir.
- Suyun fotolizi: Tilakoit zarındaki fotosistem II kompleksinin lümene bakan tarafında gerçekleşir.
- NADP⁺’nin indirgenmesi: Fotosistem I’den çıkan yüksek enerjili elektron, NADP⁺ redüktaz enzimi aracılığıyla stromada NADP⁺’yi NADPH’ye dönüştürür.
Gerçekten de bu iki reaksiyon farklı kısımlarda (lümende ve stromada, ayrıca farklı fotosistem komplekslerinde) yer alır. Bu da C’nin doğru olduğunu kanıtlar.
D) Oksidatif Fosforilasyonla ATP Üretimi Gerçekleşmiştir.
Işıklı evrede ATP üretimi söz konusu olsa da süreç “fotofosforilasyon” adını alır. “Oksidatif fosforilasyon” terimi solunum olaylarına özgüdür ve mitokondride, oksijenin son elektron alıcısı olduğu durumda kullanılır. Fotosentezin ışık reaksiyonlarında oksijen tüketilmez, aksine üretilir. Dolayısıyla “oksidatif fosforilasyon” ifadesi burada doğru değildir, bu nedenle D şıkkı “söylenemez” ya da yanlış ifadedir.
E) Tilakoit Boşlukta Derişimi Artan Protonların Tekrar Stromaya Geçişinde Düşük pH Etkilidir.
Kemiozmotik hipoteze göre, tilakoit boşlukta proton konsantrasyonu artar (pH düşer). Bu yüksek proton konsantrasyon farkı, protonların ATP sentaz enzimi yoluyla stromaya geri akmasına neden olur. Bu süreç gerçekten de pH farkından kaynaklanan bir itici güç yardımıyla gerçekleşir. Dolayısıyla E doğrudur.
6. Tablo: Fotosentez Işıklı Evre Süreçleri ve Görev Alan Yapılar
| Süreç/Özellik | Gerçekleştiği veya İlişkili Olduğu Yer | Açıklama |
|---|---|---|
| Su Fotolizi (H₂O → O₂ + H⁺ + e⁻) | Fotosistem II’nin lümene bakan tarafı, tilakoit lümen | Elektron ve proton kaynağıdır; O2 gazı açığa çıkar. |
| Elektron Taşınım Zinciri | Tilakoit zarı üzerindeki protein kompleksleri | Elektronlar burada ardışık yükseltgenme-indirgenme tepkimeleri geçirerek enerji kaybeder. |
| Proton Pompalama | Tilakoit zarı | ETS boyunca elektron geçişi esnasında protonlar lümene pompalanır, pH farkı oluşur. |
| ATP Sentezi (Fotofosforilasyon) | ATP sentaz enzimi (tilakoit zarı) | Protonların stromaya akışı sırasında ADP + Pi → ATP elde edilir. |
| NADP⁺’nin İndirgenmesi (NADPH Üretimi) | Fotosistem I’nin stromaya bakan kısmı (NADP⁺ redüktaz) | Yüksek enerjili elektronlar NADP⁺’ye aktarılır, NADPH oluşur. |
| Atmosfere Oksijen Salınımı | Fotosistem II (suyun fotolizi) | Suyun fotolizi sonucu açığa çıkan O₂ atmosferin oksijen kaynağıdır. |
7. Adım Adım Işıklı Evre Olayları
1) Işık Soğurulması ve Elektronların Uyarılması
- Klorofil ve diğer fotosentetik pigmentler (karotenoidler vb.), belirli dalga boylarındaki ışığı soğurur.
- Soğurulan ışık enerjisi klorofil molekülündeki elektronları daha yüksek enerji düzeyine çıkarır.
2) Suyun Fotolizi (H₂O → 2H⁺ + 2e⁻ + ½O₂)
- Fotosistem II’deki (PS II) reaksiyon merkezinde, ışık enerjisi sayesinde su moleküllerine etki edilerek su parçalanır.
- Bu işlem sonucunda oksijen gazı (O₂), protonlar (H⁺) ve serbest elektronlar oluşur.
- Oksijen gazı atmosfere verilir, protonlar tilakoit lümende birikir, elektronlar ise PS II’nin elektron açığını kapatır.
3) Elektron Taşınım Zinciri (ETS) ve ATP Sentezi
- Yüksek enerjili elektronlar, bir dizi redoks tepkimesi içeren ETS üzerinden fotosistem I’e doğru ilerler.
- Elektronlar akarken, bazı ara basamaklarda elektron taşıma kompleksleri protonları stromadan lümene pompalar.
- Lümende proton miktarı arttıkça (pH düşer), güçlü bir elektro-kimyasal potansiyel fark (proton gradyanı) oluşur.
- Protonlar, ATP sentaz adı verilen enzim kompleksinden stromaya geri döner. Bu sırada açığa çıkan enerji ADP + Pi → ATP işini yürütür. Bu olaya “fotofosforilasyon” denir.
4) NADP⁺’nin İndirgenmesi
- Fotosistem I (PS I) elektronları daha da yüksek enerji düzeyine çıkarır.
- Bu yüksek enerjili elektronlar, “NADP⁺ redüktaz” enzimi aracılığıyla NADP⁺’ye aktarılır ve NADPH sentezlenir.
- Böylece ışıklı evrenin sonunda, kimyasal enerji taşıyıcıları olarak ATP ve NADPH üretilmiş olur.
8. Soru Seçeneklerinin Değerlendirilmesi
Sorudaki beş seçeneğin kısa değerlendirmesi şu şekildedir:
- A (Doğru): Oksijenin kaynağı sudur (fotoliz).
- B (Doğru): Elektronlar adım adım enerji kaybeder, sistem kademeli olarak bu enerjiyi kullanır.
- C (Doğru): Suyun parçalanması ile NADP⁺ indirgenmesi farklı bölgelerde olur (lümende su fotolizi, stromada NADP⁺ indirgenmesi).
- D (Yanlış/Söylenemez): ATP üretimi “fotofosforilasyon” şeklinde adlandırılır; oksidatif fosforilasyon değildir.
- E (Doğru): Tilakoit boşluktaki düşük pH (yüksek H⁺ derişimi) proton pompasını sağlar, ATP sentaz yoluyla protonların stromaya akışı ATP üretimine neden olur.
Dolayısıyla “D seçeneği” soruda istenen “hangisi söylenemez?” cevabını verir.
9. Özet ve Sonuç
- Fotosentezin ışıklı evre reaksiyonları kemiozmotik hipotez çerçevesinde açıklanır.
- Su fotolizi sürecinde elektron ve proton kaynağı olur, oksijenin de atmosfere salınması sağlanır.
- Elektronlar, ETS boyunca hareket ederken enerjilerinin bir kısmını aşamalı olarak kaybeder; bu enerji protonların tilakoit lümene pompalanmasında kullanılır.
- Protonların lümenden stromaya geri akışı ATP sentaz enzimi yoluyla ATP sentezine (fotofosforilasyon) yol açar.
- NADP⁺ ise fotosistem I’den gelen yüksek enerjili elektronlarla NADPH’ye indirgenir.
- Sorudaki “oksidatif fosforilasyonla ATP üretimi” ifadesi (D şıkkı) fotosentezin ışıklı evresine uymaz. Fotosentez esnasında ATP üretimi “fotofosforilasyon” olarak adlandırılır.
Kısacası, sorunun doğru yanıtı (söylenemez ifade) “D” seçeneğidir.