Konu Anlatımı
Bu Konuda Neler Öğreneceğiz?
Bitkiler büyümek için hazır organik besin bulamaz; kendi organik besinini üretmek zorundadır. Bu üretimi mümkün kılan olay fotosentezdir. Bitki, güneşten gelen enerjiyi, havadaki karbondioksiti ve topraktaki suyu kullanarak şeker molekülü yapar ve yan ürün olarak oksijen bırakır. Bu nedenle bitkiler bir bakımdan gezegenin enerji deposunu kuran aygıtlardır: insanın ve hayvanların kullandığı bütün organik besin, dolaylı ya da doğrudan bu üretime dayanır.
Bu konuda iki evreyi birbirinden ayırmak merkezde durur. Işığa bağımlı evre, klorofilin soğurduğu ışığı kimyasal enerjiye çevirir; ışığa bağımsız evre ise bu enerjiyi kullanarak karbondioksitten şeker kurar. Sayısal soruların çoğu genel denklemden yararlanır; hız soruları ise ışık şiddeti, karbondioksit derişimi ve sıcaklık gibi etmenlerin verimi nasıl değiştirdiğine dayanır.
Ön Bilgi: Enerji Dönüşümü ve Hücresel Yapı
Bitkide organik besin üretimi bir enerji dönüşümüdür. Işık enerjisi kimyasal enerjiye dönüşürken enerji kaybolmaz; yalnızca biçim değiştirir. Kloroplast, hem bu dönüşümün yapıldığı hem de ışığın klorofile ulaştığı yer olarak görev yapar. Kloroplast içinde iki farklı bölüm vardır: grana adı verilen tilakoid zarı sistemi ile stroma adı verilen sıvı. Hangi reaksiyonun nerede yürüdüğünü bilmek, soruların çoğunu tek başına çözer.
Bitkinin hücresel solunumu da sürekli devam eder. Solunum, fotosentezle üretilen şekerden enerji çıkarır ve karbondioksit verir. Bu yüzden bir bitkinin günlük kazancı, brüt fotosentez ürünü değil, solunumda harcanan miktar çıkarılmış net değerdir. Ölçüm sonuçlarını okurken bu ayrımı yapmak, yanlış sayıya düşmenin en sık nedenidir.
Temel Kurallar
Fotosentez iki evreden oluşur ve ikisi farklı yerlerde yürür. Işığa bağımlı evre tilakoid zarında, ışığa bağımsız evre stroma sıvısında gerçekleşir. Işığa bağımsız evre doğrudan ışık kullanmaz ama karanlıkta da çalışabilir; çünkü kullandığı ATP ve NADPH ürünleri birinci evrede daha önce hazırlanmıştır.
Açığa çıkan oksijen suyun fotolizinden gelir. Genel denklemdeki oksijen, karbondioksitten değil sudan çıkar. Bu ayrım hem denklem yazarken hem de oksijenin kaynağını soran sorularda belirleyicidir.
Denklemde karbondioksit ile oksijen mol sayıları eşittir. Altı mol karbondioksit bağlanırken altı mol oksijen açığa çıkar. Bu eşitlik, sayısal soruların en sık kullanılan kısayoludur.
Brüt fotosentez ile net fotosentez aynı şey değildir. Net fotosentez, brüt üretimden hücresel solunumda harcanan miktar çıkarılarak bulunur. Karanlıkta fotosentez yapılmaz ama solunum sürdüğü için net değer gün boyunca hesaplanır.
Hız, etmenlerin hepsiyle sınırsız biçimde artmaz. Işık şiddeti, karbondioksit derişimi ve sıcaklık belirli bir noktadan sonra doygunluğa ulaşır; artan etmen artan hız demek değildir.
Kavram Karşılaştırma Tablosu
Fotosentez sorularında kavramları karıştırmamak, soruyu okuyup doğru sütunu seçmekten geçer. Aşağıdaki tablo en sık karıştırılan başlıkları yan yana koyar; sorunun kökü hangi satıra dayanıyorsa o satırı tanımak çözümü kısaltır.
| Kavram | Ne Zaman Kullanılır | Sık Yapılan Hata |
|---|
| Işığa bağımlı evre | Işığın klorofile ulaştığı, tilakoid zarında yürüyen aşama | Bu evrede doğrudan glikoz üretildiğini sanmak |
| Işığa bağımsız evre | Karanlıkta da çalışan, stromada yürüyen aşama | Karanlıkta hiç çalışmadığını düşünmek |
| Klorofil a ve klorofil b | Işığı soğuran pigmentler ve soğurma farkları | Bitkinin yeşil ışığı en çok soğurduğunu sanmak |
| Brüt ve net fotosentez | Günlük kazancı ve solunum giderini hesaplarken | Solunum giderini hiç düşmemek |
| C3 ve C4 bitkileri | Sıcak ve kurak ortamda verim karşılaştırırken | C4 avantajını serin ve nemli ortamda aramak |
| Stoma ve su kaybı | Transpirasyonla hız arasındaki bağı açıklarken | Stoma kapandığında fotosentezin hiç durduğunu söylemek |
| Fotoliz ve karbon bağlama | Açığa çıkan oksijenin kaynağını sorarken | Oksijeni karbondioksitten geliyormuş gibi göstermek |
Adım Adım Çözülmüş Örnek
Adım 1 — Sorunun ne istediğini ayır. Soru kromozom sayısı mı, oksijen miktarı mı, net ürün mü istiyor? Bu ayrım, kullanılacak bağıntıyı baştan belirler.
Adım 2 — Genel denklemi yaz ve eşitliği kur. Altı mol karbondioksit, altı mol su, bir mol glikoz ve altı mol oksijen arasındaki bağıntı her zaman aynıdır. Verilen miktarı bu eşitliğin hangi yerine koyacağına karar ver.
Adım 3 — Brüt ile net arasındaki farkı gerekiyorsa düş. Soruda solunum miktarı verilmişse net ürün isteniyor demektir; çıkarma işlemini yapmadan brüt değeri yazmak en sık hatadır.
Adım 4 — Sonucu sorunun birimiyle yaz ve gerekçeyi tamamla. Soru mol istiyorsa mol, gram istiyorsa gram yaz. Ardından moleküler kütle veya mol kütlesi bilgisi gerekiyorsa onu açıklamada belirt.
Sık Yapılan Hatalar
Fotosentez hesaplarında puan kaybı, çoğu zaman bilgi eksikliğinden değil denklemdeki sayıyı yanlış yere koymaktan kaynaklanır. Aşağıdaki hatalar sınavda en sık tekrarlananlardır.
- Açılan oksijeni karbondioksite bağlamak: Fotosentezde açığa çıkan oksijen suyun fotolizinden gelir. Karbondioksit ise tamamen şekerin içine dönüştürülür; karbondioksitten oksijen çıkmaz.
- Işığa bağımsız evreyi yalnızca gündüze bağlamak: Bu evre doğrudan ışık kullanmaz; karanlıkta da çalışır. Karanlıkta durdurulan bitkilerde solunum sürdüğü için net fotosentez negatife düşer.
- Solunum giderini hiç düşmemek: Brüt fotosentez ürünü doğrudan kazanç değildir. Bitki gündüz de gece de solunum yapar; net ürün hesaplanırken bu miktar brüt değerden çıkarılır.
- Yeşil rengi ışığı çok soğurmakla açıklamak: Klorofil kırmızı ve mavi ışığı en çok, yeşil ışığı en az soğurur. Yaprağın yeşil görünmesinin nedeni yansıyan yeşil ışığın fazla olmasıdır.
- Hızın ışıkla sınırsız arttığını varsaymak: Işık şiddeti arttıkça hız artar fakat bir noktadan sonra doygunluğa ulaşır. Aynı durum karbondioksit derişimi ve sıcaklık için de geçerlidir.
- Binlik ayracıyla sayı yazmak: Sayılar düz basamaklı yazılır. Binlik ayracı kullanıldığında sayı iki parçaya ayrılır ve hesap kendiliğinden bozulur.
Özet
Fotosentezde iki evre, iki farklı yer ve tek bir denklem vardır. Işığa bağımlı evre tilakoid zarında yürür ve ışığı kimyasal enerjiye çevirir; ışığa bağımsız evre stroma sıvısında yürür ve karbondioksitten şeker kurar. Genel denklemde bağlanan karbondioksit ile açığa çıkan oksijen mol sayıları eşittir. Brüt fotosentezden solunum gideri çıkarılırsa net ürün bulunur. Fotosentez hızı ışık şiddeti, karbondioksit derişimi ve sıcaklıkla artar; bu etmenler bir noktadan sonra doygunluğa ulaştığı için hız sınırsız biçimde artmaz. Klorofilin kırmızı ve mavi ışığı en çok soğurması, yaprağın yeşil görünmesini açıklar.
Kendi kendine dene: Bir öğretmen, sınıf için hazırladığı deneyde elmaları karanlık bir dolaba koymuş, havalandırmayı kapatmış ve üç gün sonra elmaların kızardığını görmüştür. Bu değişimi açıklarken mevcut oksijerin neden yetmediğini, neden karbondioksit üretildiğini ve bu sırada bitki dokusunda hangi olayın devam ettiğini yaz. Ardından aynı elmaları bu kez dondurucuda saklayan bir öğrenci düşün: dondurucuda sıcaklık çok düşük olduğuna göre hem enzim aktivitesi hem de solunum hızı nasıl değişir, meyve dokusu neden zarar görmez? Son olarak iki meyve arasından hangisinin kurutulmuş olarak daha uzun saklanabileceğini, bu durumun su kaybıyla nasıl ilişkili olduğunu açıkla.
Ne Öğreneceğiz
Fotosentezin ışığa bağımlı ve ışığa bağımsız evrelerini, klorofil ve kloroplastun görevlerini, denklemden türeyen sayısal ilişkileri ve hızı etkileyen çevresel etmenleri tanıma; verilen bir veriden fotosentez ürünü, oksijen miktarı ya da net ürün hesabını adım adım yapma. Bu konuda ögrenme çıktıları:
- Fotosentezin ışığa bağımlı ve ışığa bağımsız evrelerini, gerçekleştikleri yeri ve ürünlerini ayırt eder.
- Klorofil, tilakoid zarı ve stroma sıvısının görevlerini kavramın merkezine oturtur.
- Genel fotosentez denkleminden oksijen, glikoz, su ve karbondioksit miktarlarını hesaplar.
- Brüt ve net fotosentez arasındaki farkı açıklayarak günlük kazancı hesaplar.
- Fotosentez hızını etkileyen etmenleri tanır ve doygunluk kavramını açıklar.
- Sorudaki veriyi adım adım okuyup sonucun birimini soruyla tutarlı biçimde yazar.
Basit Örnek ve Günlük Yaşam
Günlük yaşamda ve mesleki bağlamda bir uygulama:
Soru: Brüt fotosentezi günde 14 mol glikoz olan bir bitki günde 5 mol glikoz tüketmiştir. Net fotosentez ürünü kaç moldür?
- Brüt fotosentez bitkinin ürettiği toplam glikoz miktarıdır.
- Bitki hem gündüz hem gece solunum yapar ve bu sırada glikoz harcar.
- Brüt değerden harcanan miktar çıkarılır.
Sonuç/cevap: 9 mol glikoz
İleri Örnek
Daha ileri bir uygulama:
Soru: Fotosentezde kullanılan su nereden gelir ve nereye taşınır?
- Bitki su topraktan kökleriyle alır.
- Su ksilem borularıyla yaprağa taşınır.
- Yaprakta fotolizle parçalanarak oksijen açığa çıkar.
Sonuç/cevap: Topraktan köklerle alınır ve ksilemle yaprağa taşınır
Kendini Dene
Soru: Bir sera öğretmeni öğrencilerle birlikte bir deney düzenlemiştir. Deneyde iki özdeş domates bitkisi aynı saksılara dikilmiş; birinin bulunduğu ortamdaki karbondioksit düzeyi yapay olarak yükseltilmiş, diğer bitkinin ortamı değiştirilmemiştir. Işık şiddeti, sıcaklık ve süre her iki bitki için aynı tutulmuştur. Deney sonunda birinci bitkinin brüt fotosentez değeri yükselmiş, ancak belli bir süreden sonra artışın durduğu görülmüştür. Öğrencilerden bu olayı açıklamaları, deneyde hangi değişkenin araştırıldığını belirtmeleri ve hangi kontrol değişkenlerinin sabit tutulduğunu yazmaları istenmektedir.
Örnek cevap: Puanlama anahtarı: Deneyde araştırılan değişkenin ortamdaki karbondi- oksit düzeyi olduğu belirtilir (5 puan). Hızın başlangıçta artıp sonra doygunluğa ulaşmasının, enzimlerin ve elektron taşıma zincirinin sınırlandığı açıklanır (5 puan). Işık şiddeti, sıcaklık ve sürenin kontrol değişkeni olarak sabit tutulduğu yazılır (5 puan). Bitkilerin türünün, yaşının, toprağının ve su miktarının da eşit olduğu belirtilir (5 puan).
