Fotosentezde Kullanılan ve Üretilen Maddeler Konu Anlatımı

Fotosentezde Kullanılan ve Üretilen Maddeler

Fotosentez, ışık enerjisinin yardımıyla inorganik maddelerden organik madde sentezlenmesini sağlayan bir süreçtir. Bu sürecin anlaşılabilmesi için yalnızca “bitki besin üretir” demek yeterli değildir. Fotosentez sırasında hangi maddelerin kullanıldığı, hangi maddelerin üretildiği ve bu maddelerdeki atomların hangi kaynaklardan geldiği de bilinmelidir.

Bitkilerin kloroplast taşıyan yeşil kısımlarında ışık varlığında **karbondioksit (CO₂)** ve **su (H₂O)** kullanılarak organik maddeler sentezlenir. Bu sırada **oksijen (O₂)** açığa çıkar. Fotosentez sonunda oluşan organik ürünlerden biri glikozdur.

1. Fotosentezin Kullanılan ve Üretilen Maddeler Açısından İncelenmesi

Fotosentezde kullanılan maddeler ile oluşan ürünler, fotosentezin kimyasal denkleminde birlikte gösterilebilir. Ders kitabında bitkiler, öglena, algler ve siyanobakteriler için fotosentez denklemi iki biçimde ele alınır.

Ayrıntılı gösterim:

**6CO₂ + 12H₂O → C₆H₁₂O₆ + 6O₂ + 6H₂O**

Bu tepkimenin gerçekleşmesi için ışık ve klorofil gereklidir.

Denklemin her iki tarafında da su bulunduğuna dikkat edilmelidir. Bu durum fotosentez sırasında suyun yalnızca kullanılan bir madde olmadığını; süreçte aynı zamanda su oluşabildiğini gösterir. Denklemde ortak olan su molekülleri sadeleştirildiğinde net denklem elde edilir:

**6CO₂ + 6H₂O → C₆H₁₂O₆ + 6O₂**

Bu sadeleştirilmiş denklem fotosentezin genel madde alışverişini gösterir. Ancak fotosentezin ayrıntılı işleyişini düşünürken suyun hem kullanılması hem de oluşması önemli bir ayrıntıdır.

2. Karbondioksitin Fotosentezdeki Rolü

Fotosentezde kullanılan **tek karbon kaynağı CO₂'dir**. Bitkilerin sentezlediği glikoz ve diğer organik maddelerin yapısındaki karbon atomlarının kaynağı karbondioksittir.

Bu bilgi fotosentezin yalnızca suya bağlı bir büyüme olayı olmadığını gösterir. Bitki kütlesindeki artışın önemli bir bölümü, atmosferden alınan CO₂'nin organik maddelere dönüştürülmesiyle ilişkilidir.

CO₂ fotosentezin ışığın kullanılmadığı tepkimelerinde organik madde sentezine katılır. Bu konuda Melvin Calvin ve arkadaşlarının çalışmaları, atmosferik CO₂'nin organik bileşiklere nasıl dönüştürüldüğünün açıklanmasına katkı sağlamıştır.

3. Suyun Fotosentezdeki Rolü

Su, bitkilerde fotosentez için kullanılan temel maddelerden biridir. Fotosentezde su:

• hidrojen kaynağıdır,
• elektron kaynağıdır,
• açığa çıkan oksijenin kaynağıdır.

Fotosentezde oluşan O₂'nin kaynağının su olduğu deneysel olarak gösterilmiştir. Ağır oksijen izotoplarıyla yapılan çalışmalar ve Robert Hill'in deneyleri, açığa çıkan oksijenin CO₂'den değil H₂O'dan geldiğini ortaya koymuştur.

4. Üretilen Organik Maddenin Anlamı

Fotosentez sonucunda glikoz gibi organik maddeler sentezlenir. Kimyasal denklemde **C₆H₁₂O₆** ile gösterilen glikoz, bir karbohidrattır.

Fotosentez yapan canlı, ışık enerjisini kullanarak inorganik maddelerden organik madde oluşturur. Böylece ışık enerjisi, organik maddelerin yapısında kimyasal enerji biçiminde kullanılabilir hâle gelir.

Bu konuda temel odak, organik maddenin hangi maddelerden üretildiğini anlamaktır: karbon kaynağı CO₂, bitkilerde hidrojen kaynağı ise H₂O'dur.

5. Hidrojen Kaynağı Her Fotosentetik Canlıda Aynı mıdır?

Fotosentez yapan canlıların tamamında karbon kaynağı CO₂'dir. Ancak kullanılan hidrojen kaynağı canlı grubuna göre değişebilir.

Ders kitabına göre:

• Bitkiler ve bazı bakteriler H₂O'yu hidrojen kaynağı olarak kullanır.
• Bazı fotosentetik bakteriler H₂S'yi hidrojen kaynağı olarak kullanır.

Mor kükürt bakterilerinde fotosentez şu şekilde gösterilir:

**6CO₂ + 12H₂S → C₆H₁₂O₆ + 12S + 6H₂O**

Bu denklemde oksijen gazı açığa çıkmaz; yan ürün olarak kükürt oluşur. Bunun nedeni kullanılan hidrojenli bileşiğin su değil H₂S olmasıdır.

6. Tüm Fotosentez Çeşitlerinde Ortak Olan Madde İlişkisi

Ders kitabındaki denklemler karşılaştırıldığında tüm fotosentez çeşitlerinde:

• CO₂ tüketilir.
• Glikoz veya farklı monosakkaritler üretilir.

Buna karşılık kullanılan hidrojenli bileşikler değişebilir. Hidrojen kaynağının değişmesi atmosfere veya çevreye verilen yan ürünlerin de değişmesine neden olur.

Bitkiler, öglena, algler ve siyanobakteriler suyu kullandığında O₂ açığa çıkabilir. Mor kükürt bakterilerinde H₂S kullanıldığında ise elementel kükürt oluşur.

7. Jan Baptist van Helmont'un Çalışması

Fotosentezle ilgili bilimsel bilginin oluşumu uzun bir tarihsel süreç içinde gelişmiştir.

Jan Baptist van Helmont, 17. yüzyılda bir söğüt fidanı ve kuru toprak kullanarak uzun süreli bir deney yapmıştır. Deneyin başlangıcında:

• söğüt fidanı yaklaşık 2,5 kg,
• kuru toprak yaklaşık 80 kg

olarak ölçülmüştür.

Fidan yalnız yağmur suyuyla yaklaşık beş yıl büyütülmüştür. Süre sonunda:

• bitkinin gövde, kök ve dallarının kütlesi yaklaşık 75 kg'a çıkmış,
• kuru toprağın kütlesi yaklaşık 79,9 kg olarak ölçülmüştür.

Toprak kütlesinin çok az değişmesine karşılık bitki kütlesinin büyük ölçüde artması üzerine Helmont, bitkideki kütle artışının sudan kaynaklandığı sonucuna varmıştır.

Bu çalışma bilim tarihinde önemli bir basamaktır; ancak daha sonraki çalışmalar fotosentezde CO₂'nin organik maddedeki karbonun kaynağı olduğunu göstermiştir.

8. Joseph Priestley'in Çalışması

Joseph Priestley 1774 yılında hava ile ilgili deneyler yapmıştır. Hava almayan kapalı bir kavanozda yanan mum ve canlı fare bulunduğunda bir süre sonra:

• mum sönmüş,
• fare ölmüştür.

Benzer kapalı ortama canlı bir bitki eklendiğinde ise:

• fare yaşamını sürdürebilmiş,
• mum yanmaya devam edebilmiştir.

Priestley bu sonuçlardan bitkilerin “kirlenen havayı temizlediği” sonucuna ulaşmıştır. Bu çalışma, bitkilerin havaya oksijen verdiğini gösteren önemli tarihsel çalışmalardan biridir.

9. Jan Ingenhousz'un Çalışması

Jan Ingenhousz, 1779 yılında su bitkileriyle yaptığı deneylerde:

• yeşil kısımların ışıkta hava baloncukları çıkardığını,
• ışık olmadığında bu olayın gerçekleşmediğini,
• baloncuklardaki gazın oksijen olduğunu

belirlemiştir.

Ayrıca bitkilerin karanlıkta CO₂ çıkardığını gözlemlemiştir. Bu çalışmalar sonucunda fotosentez için güneş ışığının gerekli olduğunu ve bitkilerin yeşil kısımlarının fotosentez yaptığını ortaya koymuştur.

10. Robert Hill'in Çalışması

Robert Hill 1937 yılında fotosentezin ışığın kullanıldığı tepkimelerini incelemiştir. Hill'in çalışmasının en önemli sonucu, fotosentezde açığa çıkan O₂'nin kaynağının CO₂ değil H₂O olduğunun gösterilmesidir.

Hill, ortamda:

• ışık,
• su,
• uygun bir hidrojen yakalayıcısı

bulunduğunda izole kloroplastların CO₂ olmadan da O₂ oluşturabildiğini göstermiştir.

Hill reaksiyonu:

**2H₂O → O₂ + 4H⁺ + 4e⁻**

Bu sonuç, oksijenin ışığın kullanıldığı tepkimelerde suyun parçalanmasıyla açığa çıktığını destekler.

11. Melvin Calvin'in Çalışması

Melvin Calvin ve arkadaşları 1946 yılında fotosentezin ışığın kullanılmadığı tepkimeleri üzerinde çalışmış ve karbon metabolizmasını açıklamıştır. Bu çalışmalar, atmosferik CO₂'nin organik bileşiklere nasıl dönüştürüldüğünü ortaya koymuştur.

Calvin'in bu alandaki katkıları nedeniyle fotosentezin ışığın kullanılmadığı tepkimelerinde döngüsel olarak gerçekleşen tepkimeler dizisi **Calvin döngüsü** olarak adlandırılmıştır. Melvin Calvin 1961 yılında Nobel Ödülü'ne layık görülmüştür.

Bu konu açısından Calvin çalışmasının temel önemi, fotosentezde kullanılan CO₂'nin organik madde yapısına katılma sürecinin açıklanmasına katkı sağlamasıdır.

12. Bilimsel Bilginin Aşamalı Gelişimi

Fotosentezle ilgili çalışmalar birbirini tamamlayarak ilerlemiştir.

• Helmont, bitki kütlesindeki artışın topraktan gelen maddeyle açıklanamayacağını gösteren önemli gözlemler yaptı.
• Priestley, bitkilerin havayla ilişkisini ve oksijen üretimini ortaya koyan deneyler yaptı.
• Ingenhousz, ışığın ve yeşil kısımların önemini gösterdi.
• Hill, açığa çıkan oksijenin kaynağının su olduğunu gösterdi.
• Calvin, CO₂'nin organik bileşiklere dönüştürülmesini açıkladı.

Bu sıra, bilimsel bilginin tek bir deneyle değil, farklı bilim insanlarının kanıtlarının zaman içinde birleşmesiyle geliştiğini gösterir.

13. Kontrollü Deney Tasarlama

Ders kitabında öğrenciden fotosentezde kullanılan ve üretilen maddelerle ilgili kontrollü bir deney tasarlaması istenir.

Kontrollü deneyde öncelikle araştırma sorusu belirlenir. Ardından:

• deneyin amacı yazılır,
• değiştirilecek faktör yani **bağımsız değişken** belirlenir,
• ölçülecek/gözlenecek sonuç yani **bağımlı değişken** belirlenir,
• sonucu etkileyebilecek diğer koşullar kontrol altında tutulur.

Örneğin ışığın fotosentez sonucunda gaz çıkışına etkisi incelenecekse ışığın varlığı/yokluğu değiştirilen koşul olur; gözlenen gaz çıkışı ise sonuç değişkeni olarak izlenir. Deney sonucu fotosentezde kullanılan ve üretilen maddelerle ilişkilendirilir.

14. Deneylerde Kontrolün Önemi

Bir deneyde aynı anda çok sayıda koşul değiştirilirse gözlenen sonucun hangi değişkenden kaynaklandığını söylemek zorlaşır. Bu nedenle kontrollü deney, neden-sonuç ilişkisi kurmayı kolaylaştırır.

Fotosentez deneyi tasarlanırken seçilen araştırma sorusuna göre:

• ışık,
• CO₂ varlığı,
• su durumu,
• bitkinin yeşil kısmının bulunması

gibi koşullardan biri değiştirilebilir. Diğer koşullar mümkün olduğunca sabit tutulmalıdır.

Deney süresince veriler düzenli kaydedilmeli ve sonuçlar araştırma sorusuyla ilişkilendirilmelidir.

15. Kimyasal Denklem Nasıl Yorumlanır?

Fotosentez denklemini yalnız ezberlemek yerine denklemdeki maddelerin anlamını yorumlamak gerekir.

**6CO₂ + 12H₂O → C₆H₁₂O₆ + 6O₂ + 6H₂O**

Bu denklemden:

• karbon kaynağının CO₂ olduğu,
• suyun sürece katıldığı,
• organik madde sentezlendiği,
• O₂ açığa çıktığı,
• suyun ürünler arasında da bulunabildiği

çıkarılabilir.

Denklemin sadeleştirilmiş biçimi net madde değişimini verir:

**6CO₂ + 6H₂O → C₆H₁₂O₆ + 6O₂**

Bu iki denklemin birbirine aykırı olmadığı, birinin ayrıntılı diğerinin net gösterim olduğu unutulmamalıdır.

16. Atomların Kaynağını İzleme

Fotosentezde kullanılan maddelerdeki atomlar ürünlerin yapısına katılır.

Ders kitabındaki kavram haritasında:

• CO₂'nin yapısındaki karbon atomlarının glikozun yapısına katıldığı,
• suyun hidrojenlerinin glikozun ve açığa çıkan suyun yapısına katılabildiği,
• açığa çıkan O₂'nin kaynağının su olduğu

vurgulanır.

Bu nedenle yalnız “hangi madde girer, hangi madde çıkar?” sorusu değil, “üründeki atom hangi kaynaktan geldi?” sorusu da önemlidir.

Sık Karıştırılan Noktalar

• Fotosentezde açığa çıkan O₂'nin kaynağı CO₂ değil H₂O'dur.
• Fotosentezde kullanılan tek karbon kaynağı CO₂'dir.
• Su fotosentezde hem kullanılabilir hem de üretilebilir.
• Net denklemde suyun yalnız giren tarafta görünmesi, ayrıntılı denklemde su oluşmadığı anlamına gelmez.
• Bitkiler ve bazı bakteriler H₂O'yu hidrojen kaynağı olarak kullanırken bazı fotosentetik bakteriler H₂S kullanabilir.
• H₂S kullanan mor kükürt bakterilerinde O₂ yerine kükürt açığa çıkabilir.
• Helmont'un tarihsel sonucu, fotosentezin bugünkü tam açıklaması değildir.
• Priestley bitkilerin havaya etkisini; Ingenhousz ışığın ve yeşil kısımların önemini; Hill O₂'nin su kökenli olduğunu; Calvin CO₂'nin organik bileşiklere dönüşümünü açıklayan çalışmalar yapmıştır.
• Kontrollü deneyde bağımsız ve bağımlı değişkenler birbirine karıştırılmamalıdır.

Soru Çözerken Kullanılabilecek Yaklaşım

1. Soruda organik maddenin karbon kaynağı soruluyorsa CO₂'yi düşün.
2. Açığa çıkan O₂'nin kaynağı soruluyorsa H₂O'yu düşün.
3. Ayrıntılı ve sadeleştirilmiş denklemleri birbirinden ayır.
4. Mor kükürt bakterilerinde H₂S kullanıldığını ve kükürt oluşabildiğini unutma.
5. Bilim insanı sorularında çalışmanın temel sonucunu eşleştir.
6. Deney sorularında önce araştırma sorusunu belirle.
7. Değiştirilen faktörü bağımsız, ölçülen sonucu bağımlı değişken olarak tanımla.
8. Bir deneyde tek faktörün etkisi araştırılıyorsa diğer koşulların sabit tutulması gerektiğini hatırla.
9. Denklem sorularında atomların kaynağına ve hangi maddelerin ortak olduğuna dikkat et.
10. “Tüm fotosentez çeşitlerinde ortak” ifadesinde CO₂ tüketimi ve organik madde üretimini temel al.

Konu Özeti

Fotosentezde bitkilerin yeşil kısımları ışık varlığında CO₂ ve H₂O kullanarak organik madde sentezler ve O₂ açığa çıkarır. CO₂ fotosentezin tek karbon kaynağıdır. Bitkilerde su hidrojen ve elektron kaynağıdır; atmosfere verilen O₂'nin kaynağı da sudur.

Fotosentezin ayrıntılı denkleminde su hem kullanılan hem üretilen maddeler arasındadır. Net denklem ortak su moleküllerinin sadeleştirilmesiyle elde edilir.

Tüm fotosentez çeşitlerinde CO₂ kullanımı ve organik madde üretimi ortaktır. Hidrojen kaynağı ise değişebilir. Bitkiler, öglena, algler ve siyanobakteriler H₂O kullanırken bazı fotosentetik bakteriler H₂S kullanabilir.

Helmont, Priestley, Ingenhousz, Hill ve Calvin'in çalışmaları fotosentezde kullanılan ve üretilen maddeler hakkındaki bilimsel bilginin aşamalı biçimde gelişmesini sağlamıştır.

Konuyu Bitirdiğinde Bunları Yapabiliyor Olmalısın

• Fotosentezde kullanılan ve üretilen temel maddeleri söyleyebilmelisin.
• Fotosentezin ayrıntılı ve sadeleştirilmiş denklemini yorumlayabilmelisin.
• Organik maddedeki karbonun kaynağını açıklayabilmelisin.
• Fotosentezde açığa çıkan oksijenin kaynağını açıklayabilmelisin.
• Su ve H₂S kullanan fotosentez çeşitlerini madde ürünleri bakımından karşılaştırabilmelisin.
• Helmont, Priestley, Ingenhousz, Hill ve Calvin'in çalışmalarının temel sonuçlarını ayırt edebilmelisin.
• Kontrollü bir fotosentez deneyinde bağımsız ve bağımlı değişkenleri belirleyebilmelisin.
• Deney sonuçlarını fotosentezde kullanılan ve üretilen maddelerle ilişkilendirebilmelisin.