10. Sınıf Fotosentez ve Solunum — Konu Anlatımı

Beş Yılda 74 Kilogram: Söğüt Nereden Büyüdü?

1600'lerin başında Belçikalı hekim Jan Baptista van Helmont basit ama sabırlı bir deney kurdu. Kurutup tarttığı yaklaşık 90,7 kg toprağı bir saksıya koydu, içine 2,27 kg'lık bir söğüt fidanı dikti ve beş yıl boyunca yalnız yağmur suyu verdi. Beş yılın sonunda ağaç yaklaşık 76,7 kg gelmişti. Toprağı yeniden kurutup tarttığında kayıp yalnızca 57 gram kadardı.

Peki 74 kilogramı aşan fark nereden geldi? Van Helmont "sudan" dedi. Yarı haklıydı. Bugün biliyoruz ki ağacın kuru kütlesinin büyük kısmı havadan alınan karbondioksitten gelir; su da hidrojen kaynağıdır. Topraktan gelen mineraller ise gramlarla ölçülür. Deney, bitkinin kendi besinini ürettiğini gösteren ilk nicel kanıtlardandır.

İki Denklem, Tek Döngü

Fotosentez, ışık enerjisiyle inorganik maddelerden organik besin kurulmasıdır:

$\mathrm{6CO_2 + 6H_2O \xrightarrow{\text{ışık, klorofil}} C_6H_{12}O_6 + 6O_2}$

Oksijenli solunum ise bu besinin hücrede yıkılıp enerjisinin ATP'ye aktarılmasıdır:

$\mathrm{C_6H_{12}O_6 + 6O_2 \rightarrow 6CO_2 + 6H_2O + ATP + ısı}$

İki denklem birbirinin tersi gibi görünür. Madde açısından bir döngü kurulur: birinin ürünü öbürünün ham maddesidir. Enerji açısından ise döngü yoktur. Fotosentez ışığı bağlar; solunum bu enerjiyi ATP'ye ve ısıya çevirir. Isı geri dönüp fotosentezde kullanılamaz, bu yüzden canlılar dünyası Güneş'ten sürekli yeni enerji almak zorundadır.

ATP: Bozuk Para Gibi Harcanan Enerji

Bir glikozun enerjisini düşünün: büyük bir banknot gibidir. Hücre ise işlerini küçük ödemelerle yürütür: bir iyonu zardan geçirmek, bir proteine amino asit eklemek, bir kas lifini kasmak. Bu küçük ödemelerin parası ATP'dir (adenozin trifosfat).

1. Besin yıkılırken açığa çıkan enerjiyle ADP'ye bir fosfat eklenir: ADP + P → ATP.
2. ATP, gerektiği yere hızla ulaşır; hücre ATP'yi depolamaz, sürekli yeniden üretir.
3. İş yapılırken son fosfat ayrılır, enerji açığa çıkar: ATP → ADP + P.

Mini soru: Glikoz da enerji taşıdığına göre hücre neden doğrudan glikozu harcamıyor? Cevap: glikozun enerjisi tek seferde açığa çıksa büyük kısmı ısı olarak boşa gider. ATP, enerjiyi kullanılabilir küçük paketlere böler.

Oksijen Varken ve Yokken: Kazanç Tablosu

Solunumun ilk basamağı olan glikoliz sitoplazmada olur ve oksijen istemez. Glikoz iki parçaya bölünür, net 2 ATP kazanılır. Bundan sonrası oksijene bağlıdır:

Oksijenli solunum yaklaşık 15 kat daha verimlidir, çünkü glikozu en küçük parçalarına kadar yıkar. Fermantasyonun ürünlerinde (laktik asit, etil alkol) hâlâ kullanılmamış enerji vardır. Eski kaynaklarda 36-38 ATP yazıldığını görebilirsiniz; güncel ders kitapları 30-32 aralığını kullanır.

Yan Yana: Fotosentez ve Solunum

Bir bitki gündüz hem fotosentez hem solunum yapar. Işık yeterliyse fotosentez hızı solunumu geçer ve bitki dışarıya net oksijen verir. Gece yalnız solunum sürer; bitki oksijen alır, karbondioksit verir.

Besin Hücreye Nasıl Ulaşıyor?

Bu ünitenin testlerinde sindirimle ilgili sorular da çıkar, çünkü solunumun ham maddesi olan glikoz bir yerden gelmek zorundadır. Hayvanlarda zincir şöyle kurulur: sindirim büyük molekülleri küçültür (nişasta → glikoz), ince bağırsaktaki villuslar bunları kana emer, dolaşım sistemi hücrelere taşır, mitokondri yıkar. Dört halkanın ayrıntısı "Sindirim, Emilim ve Taşıma" anlatımında.

Fanustaki Nane ve Mum

1771'de Joseph Priestley kapalı bir cam fanusun içinde bir mum yaktı; mum kısa sürede söndü. Aynı havaya bir dal nane koyup birkaç gün beklediğinde mum yeniden yanabildi. Bitki, yanmanın ve solunumun "bozduğu" havayı düzeltmişti. Bugünkü dille: mum ve solunum oksijeni tüketip $\mathrm{CO_2}$ verir, nane ışıkta fotosentezle $\mathrm{CO_2}$'yi alıp oksijen verir.

Daha zor bir soru: Aynı fanus karanlıkta tutulsaydı ne olurdu? Nane de oksijen tüketirdi, mum daha erken sönerdi. Işık şiddeti azaldıkça fotosentez yavaşlar; öyle bir ışık düzeyi vardır ki bitkinin fotosentezle ürettiği oksijen, solunumla tükettiğine eşit olur. Bu düzeyde fanustaki gaz miktarları değişmez. Daha loş ortamda bitki net oksijen tüketicisi olur. Sınavda "fanustaki $\mathrm{CO_2}$ miktarı değişmiyor" ifadesi bu eşitliği anlatır; "bitki fotosentez yapmıyor" demek değildir.

Karıştırılan Noktalar

Sık yapılan hata 1: "Bitkiler solunum yapmaz, yalnız fotosentez yapar." Bitki hücreleri de ATP'ye muhtaçtır ve bu ATP'yi solunumla üretir; kökler, çiçekler ve tohumlar hiç fotosentez yapmadığı hâlde yaşar. Yatak odasındaki saksının gece oksijen tükettiği doğrudur ama miktar çok küçüktür.

Sık yapılan hata 2: "Solunum = nefes almak." Nefes alma akciğerle hava alışverişidir; hücresel solunum mitokondride besinin yıkılmasıdır. Mayanın akciğeri yoktur ama solunum yapar.

Sınav notu (TYT): Soruda "enerjiyi organik moleküllerde depolayan olay" deniyorsa fotosentez, "enerjiyi kullanıma açan olay" deniyorsa solunum aranıyor. Tabloda "oksijen kullanılmaz, az ATP" yazıyorsa cevap fermantasyondur. Kütle soruları Van Helmont mantığıyla çözülür: bitkinin kuru kütlesinin kaynağı karbondioksittir.

Sık sorulanlar