Fotosentez ve Solunum

Fotosentez

• Genel denklem: 6CO₂ + 12H₂O → (ışık, klorofil) C₆H₁₂O₆ + 6O₂ + 6H₂O. Işık enerjisi kimyasal bağ enerjisine dönüştürülür.
• Fotosentez yapan canlılar: Bitkiler, algler, öglena, siyanobakteriler (kloroplast yok, klorofil zarlarda) ve bazı bakteriler. Kemosentez yapan bakteriler (nitrifikasyon bakterileri) ise inorganik maddelerin oksidasyonundan elde ettikleri enerjiyle organik madde üretir.
• Pigmentler: Klorofil a (ana pigment), klorofil b, karotenoitler (yardımcı). Klorofil en çok mor-mavi ve kırmızı ışığı soğurur, yeşili yansıtır. Engelmann deneyi fotosentezin en çok bu dalga boylarında yapıldığını gösterdi.
• Işığa bağımlı tepkimeler (tilakoit zarlarda): Fotosistem II (P680) ve fotosistem I (P700); suyun fotolizi (H₂O → ½O₂ + 2H⁺ + 2e⁻; açığa çıkan O₂ sudan gelir); elektron taşıma zinciri; kemiozmoz ile ATP sentezi (fotofosforilasyon); NADP⁺'nın NADPH'ye indirgenmesi. Devirli fotofosforilasyonda yalnız ATP üretilir.
• Işıktan bağımsız tepkimeler / Calvin döngüsü (stromada): CO₂, RuBisCO enzimiyle RuBP'ye bağlanır (karbon fiksasyonu); ATP ve NADPH kullanılarak PGAL (gliseraldehit-3-fosfat) üretilir; RuBP yenilenir. Bir glikoz için 6 CO₂, 18 ATP ve 12 NADPH gerekir.
• C₄ ve CAM bitkileri: Sıcak ve kurak ortamlara uyum; C₄ bitkileri (mısır, şeker kamışı) CO₂'yi mezofilde 4 karbonlu bileşiğe bağlayıp demet kını hücrelerine taşır (fotorespirasyonu azaltır); CAM bitkileri (kaktüsler) gece stomalarını açıp CO₂ depolar.
• Fotosentez hızını etkileyen faktörler: Işık şiddeti ve dalga boyu, CO₂ derişimi, sıcaklık (enzimatik), su, mineraller (Mg klorofilin yapısında), klorofil miktarı, stoma sayısı. Sınırlayıcı faktör ilkesi (Blackman): Hız, en az bulunan faktör tarafından belirlenir.

Hücresel Solunum

• Oksijenli solunum: C₆H₁₂O₆ + 6O₂ → 6CO₂ + 6H₂O + enerji (≈ 30-32 ATP; eski kaynaklarda 36-38).
• Glikoliz (sitoplazmada): Glikoz → 2 pirüvat; net 2 ATP ve 2 NADH; oksijen gerekmez; tüm canlılarda ortaktır.
• Pirüvat oksidasyonu (mitokondri matriksi): Pirüvat → asetil-CoA + CO₂ + NADH.
• Krebs (sitrik asit) döngüsü (matriks): Bir asetil-CoA için 2 CO₂, 3 NADH, 1 FADH₂ ve 1 ATP (GTP). Glikozun karbonları CO₂ olarak burada açığa çıkar.
• Elektron taşıma sistemi ve oksidatif fosforilasyon (iç zar): NADH ve FADH₂'deki elektronlar zincirden geçerken H⁺ zarlar arası boşluğa pompalanır; H⁺ ATP sentaz enziminden geri akarken ATP üretilir (kemiozmoz, Mitchell). Son elektron alıcısı oksijendir; su oluşur. ATP'nin büyük kısmı bu evrede üretilir. Siyanür bu sistemi engeller.
• Oksijensiz solunum ve fermantasyon: Oksijen yokluğunda glikolizden sonra NAD⁺'nın yenilenmesi için. Etil alkol fermantasyonu (maya; pirüvat → etanol + CO₂; ekmek ve şarap yapımı), laktik asit fermantasyonu (yoğun egzersizde kas hücreleri, laktik asit bakterileri; yoğurt, peynir). Net kazanç yalnız glikolizdeki 2 ATP'dir.
• Diğer besinlerin solunumda kullanımı: Yağlar gliserol ve yağ asitlerine (beta oksidasyonla asetil-CoA), proteinler amino asitlere (deaminasyonla) ayrışarak solunuma katılır. Gram başına en çok enerjiyi yağlar verir.

Fotosentez ve Solunumun Karşılaştırılması

Fotosentez ışık enerjisini kimyasal enerjiye dönüştürür, CO₂ tüketir ve O₂ üretir, kloroplastta gerçekleşir, anabolik bir olaydır. Solunum kimyasal enerjiyi ATP'ye dönüştürür, O₂ tüketir ve CO₂ üretir, sitoplazma ve mitokondride gerçekleşir, katabolik bir olaydır. Her ikisinde de elektron taşıma sistemi ve kemiozmoz ile ATP üretilir. Bitkiler hem fotosentez hem solunum yapar; kompanzasyon noktası, fotosentez hızının solunum hızına eşit olduğu ışık şiddetidir.