Konu Detayı Sayfası
Fotosentez Reaksiyonları
Fotosentez Reaksiyonları
► Fotosentez, birden çok basamağı olan iki farklı reaksiyon zincirinden oluşur.
► Bu reaksiyonlar; prokaryotlarda hücre zarı kıvrımlarında ve sitoplazmada, ökaryotlarda ise kloroplastın granalarında ve stromasında gerçekleşir.
Bunlar;
1. Işığa bağımlı reaksiyonlar ve
2. Işıktan bağımsız reaksiyonlar (Calvin Döngüsü) adını alır.
1. Işığa Bağımlı Reaksiyonlar
► Prokaryot hücrelerde hücre zarı kıvrımlarında, ökaryot hücrelerde ise kloroplast organelinde olur.
► Kloroplastın içinde yer alan tilakoit zarlarda yani granumlarda gerçekleşir.
► Granumlarda bol miktarda klorofil molekülleri bulunur.
► Bu evrede ışık enerjisi kimyasal enerjiye dönüştürülür. Ayrıca ışık enerjisinden ATP enerjisi sentezlenir.
► Bu evrenin amacı; ışıktan bağımsız reaksiyonlar için gerekli olan ATP ve NADPH üretimini sağlamaktır.
► Ayrıca ışık enerjisi ile suyun parçalanması gerçekleşir. Bu olaya Fotoliz denir. Fotoliz ile atmosfere verilen O2 oluşur.
Işık, Klorofil, ETS Elemanları, H2O, Enzimler, ATPaz Enzimi, NADP Koenzimi, Fotosistemler
► Işığa bağımlı reaksiyonların başlayabilmesi için klorofilin ışık tarafından uyarılması gerekir.
► Suyun parçalanması ile açığa çıkan hidrojenler (H+), bir çeşit koenzim olan NADP+ (nikotinamid adenin dinükleotit fosfat) ile tutularak NADPH molekülü üretilir.
► Fotoliz sonucu açığa çıkan oksijenin fazlası, atmosfere bu evrede verilir.
► Robert Hill, 1937 yılında ortamda ışık, su ve uygun bir hidrojen yakalayıcısı bulunduğunda kloroplastların CO2 olmadan O2 oluşturabildiklerini görmüştür.
► Elektron alıcısının sudaki hidrojeni tutarak oksijeni serbest bırakmasına bu nedenle Hill reaksiyonu adı verilmiştir.
Işığa Bağımlı Reaksiyonlarda;
► ATP sentezi için klorofilin ışığı soğurması ve ışık tarafından uyarılmış elektronların klorofilden ayrılması gerekir.
► Kloroplastın tilakoid zarında, ışık soğuran pigmentler (klorofil ve karotenoitler) ve proteinler içeren fotosistemler vardır.
► Fotosistemler, anten kompleksi ve tepkime merkezi içerir.
► Anten kompleksinde bulunan klorofiller ve karotenoitler; ışığı soğurarak tepkime merkezindeki klorofile aktarır ve tepkime merkezindeki klorofilin elektronları yüksek enerjili hâle gelir.
► Elektronlardaki enerjiden ATP sentezi yapılabilmesi için elektronları tutabilecek bir sisteme ihtiyaç duyulur.
► Bu amaçla kloroplastların granumlarında elektron taşıma sistemi (ETS) yer alır.
► Klorofilden ayrılan elektronlar, yükseltgenme ve indirgenme kurallarına göre ETS’de bulunan bir molekülden diğerine aktarılır.
► Bu aktarım sırasında elektronlardaki enerjinin bir kısmı ile ATP sentezlenirken bir kısmı da ısı enerjisi şeklinde sistemden uzaklaştırılır.
► Bu şekilde ışık enerjisi yardımıyla ATP sentezlenmesine fotofosforilasyon denir.
► Işığa bağımlı reaksiyonlar sırasında üretilen NADPH ve ATP ışıktan bağımsız reaksiyonlara aktarılarak organik madde sentezinde kullanılır.
► Fotofosforilasyonla üretilen ATP, sadece fotosentezde organik madde sentezi için tüketilir.
- İndirgenme (Redüksiyon): Bir atom veya molekülün elektron ya da H+ iyonu almasıdır. Yani yük alınca indirgenir.
Örneğin; Bir moleküle H+, Elektron eklenmesi, enerjinin depo edilmesi, O2 çıkması
- Yükseltgenme (Oksidasyon): Bir atom veya molekülün elektron ya da hidrojen iyonu vermesidir. Molekül yükü bırakınca yükseltgenir.
Örneğin; Bir molekülden H+ iyonu, elektron çıkması, enerjinin serbest kalması, O2 eklenmesi
1. FS II ve FS I'deki klorofil a moleküllerinin ışığı soğurması ve klorofil a'nın elektron kaybederek yükseltgenmesi
2. Suyun ışık enerjisi ile parçalanması (fotoliz olayı)
3. Fotofosforilasyon ile ATP sentezlenmesi (ATPaz enzimi kullanılarak)
4. NADP koenziminin hidrojen (H+) alarak indirgenmesi, yani NADPH + H sentezi
Fotoliz ile suyun ayrışması sonucu oluşan elektron, hidrojen iyonları ve oksijen şu amaçlar için kullanılır:
1. Hidrojenler NADP koenzimi ile tutularak NADPH sentezlenir.
2. Elektronlar FS II'deki klorofil a için elektron kaynağı oluşturur.
3. Oksijen atmosfere verilir.
Su → FS II → FS I → NADPH şeklinde olur.
2 NADPH + H, 3 ATP, O2 sentezlenir. Bu NADPH ve ATP'ler stromaya geçerek ışıktan bağımsız reaksiyonlar için kullanılır. O2 ise atmosfere verilir.
1 molekül glikoz sentezi için ışığa bağımlı tepkimelerin 6 kez tekrarlanması gerekir.
► Fotosentezde fotofosforilasyon ile ATP sentezi Kemiosmotik Hipotezi ile açıklanır.
► Kemiosmotik hipotezi fotofosforilasyon ile ATP sentezini; "zar yüzeyleri arasındaki (tilakoit zar) proton (H+) derişimi farkı ATP sentezini sağlar" şeklinde açıklar.
► Tilakoit zarın iç kısmında biriken protonlar (H+) yoğun bulundukları tilakoit boşluktan stromaya doğru difüzyonla geçerler. Bu sırada tilakoit zardaki ATP sentaz (ATPaz) enzimi aktifleşir. ADP'ye P eklenerek ATP sentezi sağlanır.
Işıktan Bağımsız Reaksiyonlar (Calvin Döngüsü = CO2 Özümlemesi)
► Prokaryot hücrelerde sitoplazmada, ökaryot hücrelerde ise kloroplastın stroma sıvısında gerçekleşir.
► Amacı karbondioksit kullanılarak organik madde sentezlemektir. Bu reaksiyonlar için mutlaka CO2 gereklidir. Enzimlerin etkinliği fazladır. Bu nedenle sıcaklık değişimlerine karşı hassas bir evredir.
► Işıktan bağımsız reaksiyonlar, 1961 yılında Melvin Calvin’in (Melvin Kalvin) yaptığı araştırmalar sonucu açıklanmıştır. Bu reaksiyonlar Calvin döngüsü olarak da bilinir.
► Bu evrede stromada CO2 tüketilerek başta glikoz olmak üzere diğer organik madde çeşitlerinin birçoğu sentezlenir.
► Işıktan bağımsız reaksiyonlarda ışık doğrudan gerekli olmasa da ışığa bağlı reaksiyonlarda açığa çıkan ATP ve NADPH’a ihtiyaç duyulur.
► Enzimlerin kontrolünde gerçekleşen bu reaksiyonlarda klorofil ve ETS elemanları görev almaz.
► Yüksek sıcaklık, ışıktan bağımsız evrede kullanılan enzimlerin yapısına zarar vereceği için fotosentezi yavaşlatır. Işıktan çok sıcaklığın etkili olduğu bir evredir.
► Işıktan bağımsız reaksiyonlar 3 aşamada gerçekleşir. Bunlar; karbon bağlama, CO2'nin indirgenmesi, CO2 tutucu alıcının (RuBP) yenilenmesidir.
► Calvin döngüsünde; stromada bulunan 5C'lu ribuloz bifosfat (RuBP) molekülüne CO2 bağlanması ile ATP ve NADPH kullanılır. Sonuçta 3C'lu fosfogliseraldehit (PGAL) oluşur. Böylece glikoz ve diğer organik bileşikler sentezlenir.
► Doğrudan ışığa ihtiyaç duyulmaz ancak gündüz gerçekleşmek zorundadır.
► Işık evresinden gelen ATP enerjisi ile NADPH molekülündeki H+'ler ile CO2 birleştirilir.
► CO2'nin şekere indirgendiği metabolik bir evredir. Bu evrede sırasıyla şu olaylar gerçekleşir:
► Calvin döngüsü; stromada bulunan Rubisko (ribulozbifosfatkarboksilaz) enzimi ile 5C'lu ribulozdifosfat (RDP) molekülünün CO2'yi yakalayarak 6C'lu kararsız bir ara bileşen oluşması ile başlar.
► CO2 atmosferden alınır. Oluşan 6C'lu ara bileşik enzimlerle parçalanarak 2 molekül fosfogliserik asit (PGA) oluşur. PGA 3C'lu bir bileşiktir.
► PGA'dan; ATP ve NADPH kullanılarak fosfogliseraldehit (PGAL) meydana gelir. PGAL 3C'lu bir bileşik olup fotosentezin kilit ürünüdür. Çünkü PGAL; glikoz, sükroz, amino asit, yağ asidi vb.organik bileşiklerin sentezinde kullanılan bir moleküldür.
► Oluşan PGAL'nin bir kısmıyla da; ribulozmonofosfat (RMP) sentezlenir. RMP'den 1 ATP kullanılarak ribulozdifosfat sentezlenir. Böylece döngünün devamlılığı sağlanmış olur.
► Işıktan bağımsız tepkimelerein gerçekleşmesinde görevli olan enzimler ışıkta aktiftir.
► Rubisko enzimi atmosferdeki CO2 molekülünün stromadaki ribulozbifosfat molekülüne bağlanmasını katalize eden enzimdir.
NADPH ve ATP moleküllerinin kullanılması sonucu oluşan NADP, ADP ve P molekülleri stromadan granalara aktarılarak ışığa bağımlı reaksiyonlarda tekrar kullanılır.
Bir mol glikoz sentezlenebilmesi için 6 CO2 molekülünün indirgenmesi gerekir. Bunun için ışığa bağımlı tepkimelerden; 6x3=18 ATP ve 6x2=12 NADPH gelmelidir. Kısaca 1 mol glikoz sentezi için ışığa bağımlı tepkimelerin 6 kez tekrarlanması gerekir.
Organik Moleküllerin Sentezi
► Bitkilerde ışıktan bağımsız reaksiyonlarda üretilen PGAL’lerden glikoz üretilir.
► Glikoz, güneş enerjisinin kimyasal enerji olarak depolandığı moleküldür.
► Bu glikozlar, sükroz ve nişasta sentezinde kullanılır.
► Sükrozun fazlası iletim demetleri ile bitkinin büyüyen kısımlarına ve besin üretilmeyen diğer kısımlarına taşınarak metabolik olaylarda kullanılır.
► Fotosentez sonucu üretilen glikozların bir kısmı solunumda kullanılır.
► Geriye kalan glikozların fazlası, ışıklı ortamda nişasta şeklinde depo edilir.
► Depolanan nişasta molekülleri, ışıksız ortamlarda hücreye enerji sağlamak ve hücrenin karbon iskeletini oluşturmak için yapı taşlarına (monomerlerine) ayrılır.
► Fotosentez reaksiyonları sonucu oluşan PGAL’lerden, şeker-fosfat bileşiklerinden dönüşüm reaksiyonları ile yağ asidi, gliserol, amino asit, vitamin, hormonlar ve çeşitli azotlu organik bazlar sentezlenir.
► Dönüşüm reaksiyonlarının birçoğu kloroplastlarda gerçekleşir.
► Işıktan bağımsız reaksiyonlarda; amino asit, vitamin, azotlu organik baz gibi organik besinlerin PGAL molekülünden üretimi için azot gereklidir.
► Bitkiler, azot ihtiyaçlarını topraktan azot tuzu alarak karşılar.
► Alınan azotlu tuzlar, iletim dokusuyla yapraklara taşınır.
► Yapraklarda fotosentez reaksiyonları sırasında karbondioksit özümlemesi yapılırken bu azotlu tuzlar kullanılır.
► Bazı bitkilerde kloroplast bulunmaz. Bu nedenle tüm bitkiler fotosentez yapmazlar. Örneğin; tam parazit bitkiler (küsküt otu, canavar otu) fotosentez yapmazlar. Ancak ökse otu gibi yarı parazit bitkiler fotosentez yapabilirler.
► Fotosentez için kloroplast değil klorofil gereklidir.
► Fotosentez ürünü olan glikoz genellikle bitkide nişastaya dönüştürülerek depo edilir.
► Glikozun kök, gövde, meyve vb.yapılarda nişasta olarak depo edilmesinin amacı bitki hücresinin osmotik basıncını dengede tutmaktır.
► Eğer nişastaya dönüştürülmeyip glikoz olarak kalsaydı, suda çözünen glikozlar osmotik basıncı arttıracaktı. Bu durum da hücrenin çok fazla su alarak aşırı şişmesine neden olacaktı. Nişasta suda çözünmediği için hücrenin osmotik basıncını arttırmaz.
Mars ve Venüs gezegenlerinin atmosferlerindeki CO2, N2, O2 ve H2O oranlarını araştırınız. Farklılıkların nedenini arkadaşlarınızla tartışınız.
► Mars ve Venüs'ün atmosferlerindeki karbondioksit (CO₂), azot (N₂), oksijen (O₂) ve su buharı (H₂O) oranları şu şekildedir:
Venüs: CO₂: %96,5, N₂: %3,5'ten az, H₂O: Yaklaşık 0,002% (20 ppm), O₂: Yaklaşık 0,001%
► Venüs'ün atmosferi, büyük ölçüde karbondioksitten oluşur ve bu da gezegende aşırı sera etkisine neden olur. Azot, atmosferin küçük bir kısmını oluştururken, su buharı ve oksijen gibi diğer gazlar çok düşük oranlarda bulunur.
Mars: CO₂: %95,3, N₂: %2,7, Diğer Gazlar (Ar, O₂, CO, H₂O): %2
► Mars'ın atmosferi de büyük oranda karbondioksitten oluşur, ancak atmosferi çok incedir ve düşük basınca sahiptir. Azot ve diğer gazlar (argon, oksijen, karbon monoksit, su buharı) düşük oranlarda mevcuttur.
Farklılıkların Nedenleri:
Atmosferik Yoğunluk ve Basınç:
Venüs: Yoğun ve kalın bir atmosfere sahiptir; yüzey basıncı Dünya'nın yaklaşık 92 katıdır. Bu yoğun atmosfer, güçlü bir sera etkisi yaratarak yüzey sıcaklıklarının aşırı derecede yükselmesine neden olur.
Mars: İnce ve seyrek bir atmosfere sahiptir; yüzey basıncı Dünya'nın yaklaşık %0,6'sı kadardır. Bu ince atmosfer, ısıyı tutmada yetersizdir, bu nedenle Mars soğuk bir gezegendir.
Sera Etkisi:
Venüs: Yüksek oranda CO₂ içeren kalın atmosferi nedeniyle aşırı bir sera etkisi yaşar, bu da yüzey sıcaklıklarının yaklaşık 470°C'ye kadar çıkmasına neden olur.
Mars: Atmosferindeki yüksek CO₂ oranına rağmen, atmosferinin ince olması nedeniyle sera etkisi sınırlıdır ve bu da düşük yüzey sıcaklıklarına yol açar.
Su Varlığı:
Venüs: Atmosferinde çok az miktarda su buharı bulunur, bu da gezegenin aşırı sıcak ve kuru olmasına katkıda bulunur.
Mars: Atmosferinde çok düşük oranda su buharı vardır, ancak yüzeyinde su buzulları ve donmuş su bulunur.
Oksijen Seviyeleri:
Her iki gezegenin atmosferinde de serbest oksijen (O₂) çok düşük oranlarda bulunur. Bu durum, her iki gezegende de fotosentetik yaşam formlarının bulunmadığını ve suyun serbest oksijen üretmek için yeterince bol olmadığını gösterir.
► Bu farklılıklar, her iki gezegenin oluşum süreçleri, volkanik aktiviteleri, manyetik alanlarının varlığı veya yokluğu ve Güneş'ten aldıkları enerji miktarı gibi çeşitli faktörlerden kaynaklanmaktadır.
Kaynaklar:
Venüs'ün Atmosferi: Royal Belgian Institute for Space Aeronomy (aeronomie.be)
Mars'ın Atmosferi: Ankara Üniversitesi Açık Ders Malzemeleri
Mars ve Venüs Atmosfer Karşılaştırmaları: NASA Science Solar System Exploration
Genel Atmosferik Bilgiler: European Space Agency (ESA)
Konuya Ait Çıkmış Sorular
Soru 1.
Aydınlık ortamda özdeş su bitkileri kullanılarak hazırlanan aşağıdaki K, L ve M deney düzeneklerinde, ağızları kapalı olan beherlere gaz giriş çıkışı sadece yerleştirilen boru yardımıyla sağlanmaktadır.
Bu düzeneklerde daha sonra işaretli oksijene;
I. K düzeneğinde, fotosentez ürünü karbonhidrat,
II. L düzeneğinde, solunum ürünü karbondioksit,
III. M düzeneğinde, solunum ürünü su
Moleküllerinin hangilerinde rastlanır?
(2013-Lisans Yerleştirme Sınavı (LYS))
Konu İle İlgili Sorular
Soru 1.
Ökaryot ototrof bir canlıda fotosentezinin ışığa bağımlı evre reaksiyonları ile ilgili aşağıdaki ifadelerden hangisi doğru değildir?
Doğru Cevap: E
ETS elemanları tilakoit zarda yerleşmiştir. Kloroplastın iç zarında yerleşmemiştir.
Soru 2.
Bir canlıda inorganik maddelerden organik madde sentezlenirken hidrojen kaynağı olarak hidrojen sülfür kullanılmıştır.
Buna göre
I. Reaksiyon kloroplast organelinde gerçekleşir.
II. Reaksiyonda yan ürün olarak kükürt açığa çıkar.
III. Reaksiyonu gerçekleştiren canlı kemoototroftur.
İfadelerinden hangileri doğrudur?
(MEBİ 02.04.2025 AYT Deneme Sınavı)
Doğru Cevap: B
Verilen bilgi: Bir canlıda inorganik maddelerden organik madde sentezlenirken hidrojen kaynağı olarak hidrojen sülfür (H₂S) kullanılmıştır. Bu ifade, kemosentez değil, fotosentezin bakteriyel (anoksijenik) bir formunu işaret eder.
🌱 Ön Bilgi: 🔹 Oksijenli Fotosentez (bitkiler, algler): Hidrojen kaynağı: H₂O Yan ürün: O₂ Organeller: Kloroplast
🔹 Anoksijenik Fotosentez (bakteriler): Hidrojen kaynağı: H₂S Yan ürün: S (kükürt) Organeller yok; reaksiyon sitoplazmada olur. Genelde mor sülfür bakterileri ve yeşil sülfür bakterileri yapar
Şimdi ifadeleri değerlendirelim:
❌ I. Reaksiyon kloroplast organelinde gerçekleşir. Yanlış. H₂S kullanan canlılar prokaryottur (örneğin sülfür bakterileri) Prokaryotlarda kloroplast gibi zarla çevrili organeller yoktur. → Reaksiyon sitoplazmada gerçekleşir.
✅ II. Reaksiyonda yan ürün olarak kükürt açığa çıkar. Doğru. Hidrojen kaynağı H₂S kullanılıyorsa: CO2+2H2S→(CH2O)+H2O+2S Yani kükürt (S) yan ürün olarak açığa çıkar.
❌ III. Reaksiyonu gerçekleştiren canlı kemoototroftur. Yanlış. Hidrojen sülfür kullansa bile, bu canlı ışık enerjisini kullanıyorsa (ki öyledir), → Bu canlı fotoototrof olur, kemoototrof değil Kemoototroflar, enerjiyi kimyasal tepkimelerden (örneğin amonyak, nitrit, sülfür bileşikleri) sağlar, ışık kullanmaz.
✅ Sonuç: I → Yanlış II → Doğru III → Yanlış Doğru cevap: B şıkkı
Soru 3.
Fotosentezin ışığa bağımlı reaksiyonlarıyla ilgili aşağıdakilerden hangisi yanlıştır?
(MEBİ 20.01.2025 AYT Deneme Sınavı)
Doğru Cevap: D
1. Sorunun Analizi
Bu soru, fotosentezin iki ana aşamasından biri olan ışığa bağımlı reaksiyonların temel özelliklerini sorgulamaktadır. Işığa bağımlı reaksiyonlar, ışık enerjisinin kimyasal enerjiye (ATP ve NADPH) dönüştürüldüğü evredir. Bu aşamanın nerede gerçekleştiği, hangi bileşenleri kullandığı ve ne gibi sonuçlar doğurduğu bilgisi, doğru cevabı bulmak için kritik öneme sahiptir.
2. Şıkların Değerlendirilmesi
A) Klorofil pigmentleri güneş ışığını soğurur.: Bu ifade doğrudur. Fotosentezin ışık enerjisiyle başlaması için klorofil ve diğer yardımcı pigmentlerin güneş ışığını absorbe etmesi şarttır. Klorofil, bu sürecin anahtar molekülüdür.
B) Elektron taşıma sistemi görev alır.: Bu ifade doğrudur. Klorofilin soğurduğu ışık enerjisiyle uyarılmış elektronlar, fotosentezde bir elektron taşıma sistemi (ETS) boyunca ilerler. Bu ilerleyiş sırasında proton gradyanı oluşturulur ve kemiozmoz yoluyla ATP sentezlenir; ayrıca elektronlar NADP+ molekülüne aktarılarak NADPH oluşturulur.
C) Prokaryot canlılarda hücre zarı kıvrımlarında gerçekleşir.: Bu ifade doğrudur. Kloroplastı olmayan fotosentetik prokaryotlarda (örneğin siyanobakteriler), ışığa bağımlı reaksiyonlar için gerekli olan pigmentler ve elektron taşıma sistemi elemanları, hücre zarının içeriye doğru yaptığı kıvrımlarda veya özel zarsı yapılarda (tilakoit benzeri yapılar) bulunur.
D) Ökaryot canlılarda kloroplastların stromasında gerçekleşir.: Bu ifade yanlıştır. Ökaryot canlılarda fotosentezin ışığa bağımlı reaksiyonları kloroplastların tilakoit zarları üzerinde gerçekleşir. Kloroplastın sıvı dolu iç kısmı olan stroma ise, ışık bağımsız reaksiyonların (Calvin döngüsü) gerçekleştiği yerdir. Dolayısıyla, bu şık fotosentezdeki olayların konumlandırılması açısından hatalıdır.
E) Işık enerjisi kimyasal bağ enerjisine dönüştürülür.: Bu ifade doğrudur. Işığa bağımlı reaksiyonların temel çıktısı, ışık enerjisinin ATP (adenozin trifosfat) ve NADPH (indirgenmiş nikotinamid adenin dinükleotit fosfat) formunda kimyasal bağ enerjisine dönüştürülmesidir. Bu kimyasal enerji, daha sonra ışık bağımsız reaksiyonlarda organik madde sentezinde kullanılır.
Soru 4.
Fotosentez yapan canlıları inceleyen bir öğrenci, bu canlıların fotosentez sırasında atmosfere verdikleri ürünlerin farklı olduğunu gözlemliyor.
Bu ürünler arasındaki farklılığa canlıların;
I. Fotosentez hızları arasındaki değişkenlik,
II. Maruz kaldıkları ışık şiddetindeki değişkenlik,
III. Fotosentezde kullandıkları hidrojen kaynaklarındaki değişkenlik
Durumlarından hangileri neden olarak gösterilebilir?
(2021-YKS-Alan Yeterlilik Testleri (AYT))
Doğru Cevap: C
- Bu soru, fotosentez yapan canlıların atmosfere verdikleri ürünler arasındaki farklılıkların nedenini sorguluyor.
- Seçenekler arasında fotosentez hızı, ışık şiddeti ve hidrojen kaynağı gibi faktörler bulunuyor.
- Fotosentez hızı ve ışık şiddeti, fotosentezin genel hızını ve verimliliğini etkileyebilir. Ancak, bu faktörler fotosentez sonucu atmosfere verilen ürünlerin türünü etkilemez.
- Fotosentezde kullanılan hidrojen kaynağı ise, atmosfere verilen ürünlerin türünü etkileyebilir. Çünkü fotosentezde kullanılan hidrojen kaynağı, fotosentezin son ürününün ne olacağını belirler. Bu nedenle, doğru cevap "Yalnız III" seçeneği olacaktır.
Soru 5.
Yeşil bir bitkinin yaprak hücresinde
I. H+ iyonlarının derişim farkına bağlı olarak kemiozmotik yolla ATP sentezlenmesi,
II. Suyun iyonlarına ayrışması sonucu atmosferik oksijenin elde edilmesi,
III. Elektronların ETS elemanları üzerinde aktarılırken enerjilerinin bir bölümünü kaybetmesi
Olaylarından hangileri oksijenli solunum ve fotosentez tepkimelerinde ortak olarak gerçekleşir?
(MEBİ 03.03.2025 AYT Deneme Sınavı)
Doğru Cevap: C
Soruda, yeşil bir bitki hücresinde, oksijenli solunum ve fotosentez süreçlerinde ortak olarak gerçekleşen olaylar soruluyor. Her iki sürecin temel yapıtaşlarını ve işleyişini düşünerek verilen ifadeleri analiz edelim:
✅ I. H⁺ iyonlarının derişim farkına bağlı olarak kemiozmotik yolla ATP sentezlenmesi; Doğru ve ortak. Fotosentezde: Tilakoid zarında H⁺ iyonları lümene pompalanır, sonra ATP sentazdan geçerek stroma geçerken ATP sentezlenir. Oksijenli solunumda: Mitokondride iç zar boyunca protonlar dış zara pompalanır, geri dönerken ATP oluşur. → Her ikisinde de kemiozmoz mekanizması ile ATP üretimi vardır.
❌ II. Suyun iyonlarına ayrışması sonucu atmosferik oksijenin elde edilmesi; Sadece fotosenteze özgü. Fotoliz (ışığa bağlı reaksiyon): H₂O → 2H⁺ + 2e⁻ + ½O₂ Atmosferik oksijen burada oluşur. Oksijenli solunumda oksijen tüketilir, üretilmez.
→ Bu olay yalnız fotosentezde vardır, ortak değildir.
✅ III. Elektronların ETS elemanları üzerinde aktarılırken enerjilerinin bir bölümünü kaybetmesi; Doğru ve ortak. Hem fotosentezde (tilakoid zar) hem de oksijenli solunumda (mitokondri iç zarı) ETS vardır. Elektronlar ETS boyunca aktarılırken enerji kaybeder ve bu enerji proton pompalamada kullanılır. → Bu süreç ortaktır.
✅ Sonuç: Ortak olanlar: I ve III
Soru 6.
Aydınlık ortamda özdeş su bitkileri kullanılarak hazırlanan aşağıdaki K, L ve M deney düzeneklerinde, ağızları kapalı olan beherlere gaz giriş çıkışı sadece yerleştirilen boru yardımıyla sağlanmaktadır.
Bu düzeneklerde daha sonra işaretli oksijene;
I. K düzeneğinde, fotosentez ürünü karbonhidrat,
II. L düzeneğinde, solunum ürünü karbondioksit,
III. M düzeneğinde, solunum ürünü su
Moleküllerinin hangilerinde rastlanır?
(2013-Lisans Yerleştirme Sınavı (LYS))
Doğru Cevap: E
1. Sorunun Analizi
Bu soru, aydınlık ortamda su bitkileri kullanılarak hazırlanan deney düzeneklerinde fotosentez ve solunum olayları sırasında 'işaretli oksijenin' (genellikle 18O izotopu) hangi ürün moleküllerinde bulunabileceğini sorgulamaktadır. Soruyu doğru yanıtlamak için fotosentez ve hücresel solunumun temel reaksiyonlarında oksijen atomlarının izlediği yolları bilmek esastır.
Fotosentez genel denklemi: 6CO2 + 6H2O --(ışık)--> C6H12O6 + 6O2
Hücresel solunum genel denklemi: C6H12O6 + 6O2 --> 6CO2 + 6H2O
Temel prensiplere göre:
Fotosentezde üretilen karbonhidratın (C6H12O6) oksijenleri, kullanılan CO2'den gelir.
Fotosentezde açığa çıkan O2 gazının oksijenleri, kullanılan H2O'dan gelir.
Hücresel solunumda açığa çıkan CO2'nin oksijenleri, parçalanan organik molekülün (C6H12O6) yapısından gelir.
Hücresel solunumda üretilen H2O'nun oksijenleri, tüketilen O2 gazından gelir.
2. Şıkların Değerlendirilmesi
I. K düzeneğinde, fotosentez ürünü karbonhidrat: Fotosentez sırasında bitki, karbondioksit (CO2) ve suyu (H2O) kullanarak karbonhidrat (C6H12O6) ve oksijen (O2) üretir. Bilimsel çalışmalar, karbonhidratın yapısındaki oksijen atomlarının karbondioksitten (CO2) geldiğini göstermiştir. Dolayısıyla, eğer işaretli oksijen karbondioksit molekülü (C18O2) şeklinde ortama verilirse, fotosentez sonucunda oluşan karbonhidratların yapısında işaretli oksijene rastlanır. Bu ifade doğrudur.
II. L düzeneğinde, solunum ürünü karbondioksit: Hücresel solunumda organik moleküller (örneğin karbonhidrat) oksijen kullanılarak parçalanır ve karbondioksit (CO2) ile su (H2O) açığa çıkar. Solunumda üretilen CO2 molekülündeki oksijen atomları, parçalanan organik molekülün kendi yapısından gelir. Ortamdan alınan serbest oksijen (O2) molekülündeki oksijen atomları ise su molekülünün yapısına katılır. Bu nedenle, eğer 'işaretli oksijen' dışarıdan alınan serbest O2 (18O2) ise, solunum ürünü olan CO2'de bu işaretli oksijene rastlanmaz. Ancak, bitki daha önce işaretli CO2 kullanarak işaretli karbonhidrat üretmiş ve bu karbonhidratı solunumda kullanmış olsaydı CO2'de işaretli oksijen bulunabilirdi. Sorunun 'işaretli oksijene ... rastlanır' genel ifadesi, genellikle dışarıdan doğrudan reaksiyonlara katılan işaretli bileşikleri kasteder. Bu bağlamda, dışarıdan alınan O2'nin CO2'ye geçmediği için bu ifade yanlış kabul edilir.
III. M düzeneğinde, solunum ürünü su: Hücresel solunum sırasında organik moleküllerin yıkımı sonucunda su (H2O) üretilir. Bu su molekülündeki oksijen atomları, solunum sırasında tüketilen serbest oksijen (O2) molekülünden gelir. Dolayısıyla, eğer işaretli oksijen dışarıdan alınan serbest O2 (18O2) şeklinde ortama verilirse, solunum sonucunda oluşan suyun yapısında işaretli oksijene rastlanır. Bu ifade doğrudur.
3. Sonuç
Yapılan değerlendirmeler sonucunda, I ve III numaralı ifadelerin doğru olduğu, II numaralı ifadenin ise yanlış olduğu anlaşılmıştır. Bu durumda doğru cevap E seçeneğidir.
Soru 7.
Bir bitkide gerçekleşen fotosentez sürecinde
I. ATP sentaz enziminin protonların sahip olduğu potansiyel enerjiyi kullanarak ATP sentezlemesi
II. Klorofilden ayrılan elektronların bir ETS elemanından diğerine aktarılması
III. NADP+ molekülünün proton ve elektronları tutarak indirgenmesi
IV. Fosfogliseraldehitlerin (PGAL) bir kısmından organik madde sentezlenmesi
V. Suyun fotolizle parçalanması sonucu atmosfere oksijen verilmesi
Olaylarından hangisi en son gerçekleşir?
(MEBİ 10.02.2025 AYT Deneme Sınavı)
Doğru Cevap: D
1. Sorunun Analizi
Bu soru, fotosentez sürecindeki çeşitli olayların kronolojik sırasını anlamamızı ve en son gerçekleşen adımı belirlememizi istemektedir. Fotosentez, ışığa bağımlı reaksiyonlar ve ışıktan bağımsız reaksiyonlar (Calvin döngüsü) olmak üzere iki ana evreden oluşur. Bu evrelerde gerçekleşen olayların akışını doğru bir şekilde sıralamak, doğru cevabı bulmak için kritik öneme sahiptir.
2. Şıkların Değerlendirilmesi
A) I. ATP sentaz enziminin protonların sahip olduğu potansiyel enerjiyi kullanarak ATP sentezlemesi: Bu olay, ışığa bağımlı reaksiyonlar sırasında, elektron taşıma sistemi (ETS) tarafından thylakoid boşluğunda oluşturulan proton gradyanının (kemiosmozis) bir sonucudur. Protonlar, ATP sentaz enzimi aracılığıyla stroma'ya geri dönerken, bu enerji ATP sentezinde kullanılır. Bu, fotosentezin ilk evresi olan ışık reaksiyonlarında enerji üretiminin bir parçasıdır.
B) II. Klorofilden ayrılan elektronların bir ETS elemanından diğerine aktarılması: Bu, ışığa bağımlı reaksiyonların en temel başlangıç adımlarından biridir. Klorofil moleküllerinin ışık enerjisini soğurarak uyarılması ve yükseltgenmesi sonucu elektronlarını kaybetmesiyle başlar. Bu elektronlar daha sonra fotosistem II ve fotosistem I arasındaki elektron taşıma zinciri boyunca aktarılır. Yani bu olay, sürecin en başlarında gerçekleşir.
C) III. NADP+ molekülünün proton ve elektronları tutarak indirgenmesi: Bu olay da ışığa bağımlı reaksiyonlar evresinin sonlarına doğru gerçekleşir. Elektron taşıma sisteminden gelen elektronlar ve ortamdaki protonlar, son elektron alıcısı olan NADP+ molekülü tarafından alınarak NADPH'ye indirgenir. NADPH, ışıktan bağımsız reaksiyonlarda kullanılacak indirgeme gücünü sağlar. Bu da ışık reaksiyonları aşamasında yer alan bir adımdır.
D) IV. Fosfogliseraldehitlerin (PGAL) bir kısmından organik madde sentezlenmesi: Bu olay, ışıktan bağımsız reaksiyonlar (Calvin döngüsü) sonucunda oluşan Fosfogliseraldehit (PGAL veya G3P) moleküllerinin farklı organik bileşiklere dönüştürülmesi aşamasıdır. PGAL'in bir kısmı Calvin döngüsünün devamı için RuBP (Ribüloz-1,5-bisfosfat) yenilenmesinde kullanılırken, kalan kısmı glikoz, sükroz, nişasta, selüloz, yağ asitleri, amino asitler gibi bitkinin ihtiyacı olan çeşitli organik moleküllere dönüştürülür. Bu, fotosentez sürecinin temel amacı olan besin üretimi ve depolanmasının gerçekleştiği, dolayısıyla tüm sürecin en son ve nihai ürünlerini oluşturan adımıdır.
E) V. Suyun fotolizle parçalanması sonucu atmosfere oksijen verilmesi: Bu olay, ışığa bağımlı reaksiyonlar sırasında gerçekleşir. Klorofil moleküllerinin ışık enerjisiyle kaybettikleri elektronların yerine konulması için su molekülleri ışık enerjisiyle parçalanır (fotoliz). Bu reaksiyon sırasında elektronlar, protonlar (H+) ve oksijen (O2) açığa çıkar. Açığa çıkan oksijen atmosfere verilir. Bu, ışık reaksiyonlarının oldukça erken bir aşamasıdır ve aynı zamanda yaşam için kritik bir yan üründür.
Yukarıdaki değerlendirmelere göre, II, V, I ve III. maddeler ışığa bağımlı reaksiyonlar evresinde, belirli bir sıraya göre gerçekleşir. Ancak IV. madde, ışıktan bağımsız reaksiyonların bir sonucu olarak üretilen PGAL'den çeşitli organik maddelerin sentezlenmesini ifade eder. Bu, fotosentezin son ürünlerinin oluştuğu ve bitki tarafından kullanıma sunulduğu en son aşamadır.
Soru 8.
Fotosentezin ışığa bağımlı tepkimeleri sırasında,
Grafiklerindeki değişimlerden hangilerinin meydana gelmesi beklenir?
Doğru Cevap: C
Fotosentezin ışığa bağımlı tepkimelerinde fotofosforilasyon ve NADP molekülünden NADPH oluşumu gerçekleşir. CO2 ve enzim kullanımı fotosentezin ışıktan bağımsız reaksiyonlarında gerçekleşir.
Soru 9.
Bitkilerde fotosentezin ışığa bağımlı reaksiyonlarında;
I. Besinlerdeki kimyasal enerji kullanılarak ATP üretilmesi,
II. Kloroplastlardaki pigmentlerin ışık enerjisini soğurması,
III. Suyun ayrıştırılması
Olaylarından hangileri görülür?
(2023-YKS-Alan Yeterlilik Testleri (AYT))
Doğru Cevap: D
1. Sorunun Analizi
Bu soru, bitkilerde gerçekleşen fotosentez sürecinin ışığa bağımlı reaksiyonları sırasında meydana gelen olayları anlamamızı gerektirir. Işığa bağımlı reaksiyonlar, kloroplastların tilakoit zarlarında gerçekleşen ve temel amacı ışık enerjisini kimyasal enerjiye (ATP ve NADPH) dönüştürmek olan kritik adımlardır.
2. Şıkların Değerlendirilmesi
I. Besinlerdeki kimyasal enerji kullanılarak ATP üretilmesi: Bu ifade yanlıştır. Işığa bağımlı reaksiyonlarda ATP üretimi, ışık enerjisinin kullanıldığı fotofosforilasyon yoluyla gerçekleşir. Besinlerdeki (örneğin glikoz) kimyasal enerjinin kullanılarak ATP üretilmesi, fotosentezin bir parçası değil, hücresel solunumun bir olayıdır.
II. Kloroplastlardaki pigmentlerin ışık enerjisini soğurması: Bu ifade doğrudur. Fotosentezin ışığa bağımlı reaksiyonlarının ilk adımı, klorofil ve diğer fotosentetik pigmentlerin (karotenoidler gibi) ışık enerjisini soğurmasıdır. Bu emilim, elektronların uyarılmasını sağlar ve fotosistemlerin çalışmasını başlatır.
III. Suyun ayrıştırılması: Bu ifade doğrudur. Işığa bağımlı reaksiyonlar sırasında, su molekülleri (H2O) ışık enerjisi yardımıyla parçalanır (fotoliz). Bu olay sonucunda; fotosistem II'nin kaybettiği elektronları yerine koymak için elektronlar, ATP sentezi için gerekli proton gradyanını oluşturmak üzere tilakoit boşluğa salınan hidrojen iyonları (H+) ve yan ürün olarak atmosfere verilen oksijen (O2) açığa çıkar.
Yukarıdaki değerlendirmeler ışığında, ışığa bağımlı reaksiyonlarda II (pigmentlerin ışığı soğurması) ve III (suyun ayrıştırılması) numaralı olaylar gerçekleşmektedir. Dolayısıyla doğru cevap D seçeneğidir.
Soru 10.
Fotosentezin ışıktan bağımsız gerçekleşen reaksiyonları ile ilgili,
I. Fotosentezin enzimatik tepkimeleridir.
II. Hücresel solunum sonucu üretilen ATP, CO2 özümlemesi için gerekli enerji kaynağını oluşturur.
III. Üretilen PGAL'ler sadece glikoz sentezi için kullanılır.
İfadelerinden hangileri doğrudur?
Doğru Cevap: A
Işıktan bağımsız tepkimelere enzimlerin katalizlediği olaylardır. CO2 özümlemesi için gerekli enerji ışığa bağımlı evrede fotofosforilasyonla sentezlenen ATP'dir. Üretilen PGAL'ler ihtiyaca göre glikoz, amino asit, gliserol, vitamin gibi organik moleküllerin sentezinde de kullanılabilir.