10. Sınıf Güneşten Besinlere — Konu Anlatımı

Lamba Yaklaşınca Kabarcıklar Hızlanıyor

Bir beherdeki suya bir dal su bitkisi (Elodea) konuyor. Masa lambası beherden 40 cm uzakta. Kesik uçtan dakikada 8 kabarcık çıkıyor. Kaynak 30 cm'ye getirilince 14, 20 cm'ye getirilince 30 oluyor. 10 cm'de sayı 34. Neden 20'den 10'a gelince sayı neredeyse aynı kaldı?

(Değerler bir sınıf deneyinden alınmış örnek ölçümlerdir; düzenek değişince sayılar da değişir.)

Kabarcıklar oksijendir: toplanan gaza korlaşmış bir kıymık tutulursa kıymık alevlenir. Işık arttıkça fotosentez hızlanır, ama bir noktadan sonra hız artık ışığa değil başka bir etkene takılır. Anlatımın geri kalanı "o başka etken ne?" sorusunu cevaplıyor.

Kloroplastın İki Vardiyası

$\mathrm{6CO_2 + 6H_2O \xrightarrow{\text{ışık}} C_6H_{12}O_6 + 6O_2}$ denklemi tek adımda olmaz. Kloroplastta iki evre birbirine bağlı çalışır:

1. Işığa bağımlı evre (tilakoit zarları): klorofil ışığı soğurur. Su molekülleri parçalanır (fotoliz), oksijen açığa çıkar. Soğurulan enerji ATP ve NADPH'ye aktarılır.
2. Işıktan bağımsız evre (stroma, Calvin döngüsü): havadan gelen $\mathrm{CO_2}$ bağlanır. İlk evrenin ürettiği ATP ve NADPH harcanarak şeker kurulur. 6 $\mathrm{CO_2}$'den bir glikoz kurmak için 18 ATP ve 12 NADPH gerekir.

"Işıktan bağımsız" adı yanıltıcı olabilir. Bu evre ışığı doğrudan kullanmaz ama ilk evrenin ürünlerine muhtaçtır; karanlıkta kısa süre sonra durur.

Oksijenin sudan geldiği nereden biliniyor? 1941'de araştırmacılar bitkilere ağır oksijen izotopu ($\mathrm{^{18}O}$) içeren su verdi; açığa çıkan oksijen gazı işaretli çıktı. Karbondioksiti işaretlediklerinde ise işaret oksijen gazında görünmedi.

Ders kitabındaki "iki kutu ve oklar" şeması bir modeldir. Onlarca enzimli tepkimeyi iki kutuya indirir; neyin nereye girip çıktığını görmeyi kolaylaştırır. Sınırı da vardır: şemada evreler ayrı görünse de kloroplastta ikisi aynı anda, birbirini besleyerek çalışır. Bitkinin ürettiği glikozun enerjisi, onu yiyen otçulun, otçulu yiyen etçilin de enerjisidir; besin zincirlerinin neredeyse hepsi bu iki kutuya dayanır.

Grafikteki Düzlüğü Okumak

Kabarcık deneyine geri dönelim. 20 cm'den sonra ışık artık sınırlayıcı değil; hız suda çözünmüş $\mathrm{CO_2}$ miktarına takıldı. Suya bir tutam karbonat (sodyum bikarbonat) eklenirse sayı yeniden artar. Grafik dilinde:

• Işık şiddeti ve $\mathrm{CO_2}$ derişimi: eğri önce yükselir, sonra yataylaşır. Yatay bölgede başka bir etken sınırlayıcıdır. Seralarda $\mathrm{CO_2}$ artırılmasının sebebi budur.
• Sıcaklık: eğri tepe yapıp iner. Enzimler en uygun sıcaklığın üstünde bozulur; ılıman bitkilerin çoğunda tepe 25-35 °C civarındadır.
• Işığın rengi: klorofil en çok mavi ve kırmızı ışığı soğurur, yeşili yansıtır. Yeşil ışık altında tutulan bitkinin fotosentez hızı beyaz ışıktakinden çok düşüktür.

Deneyi geçerli kılmak için tek değişken değiştirilir. Oysa ışık kaynağı yaklaşınca su da ısınır; sıcaklığı sabit tutmak için beher ile lamba arasına su dolu bir kap konur. Aksi hâlde artışın ışıktan mı ısıdan mı geldiği bilinemez.

İki Eğri Aynı Grafikte

Daha zor bir soru tipi: aynı grafikte iki eğri. Birinci düzenekte havadaki $\mathrm{CO_2}$ oranı %0,04 (normal hava), ikincisinde %0,1. İki eğri de düşük ışıkta üst üste biner, ışık arttıkça ikincisi daha yüksekte yataylaşır.

• Düşük ışıkta eğriler neden aynı? Çünkü orada sınırlayıcı etken ışıktır; fazladan $\mathrm{CO_2}$ işe yaramaz.
• Yüksek ışıkta neden ayrılıyorlar? Çünkü artık sınırlayıcı etken $\mathrm{CO_2}$'dir; fazlası olan düzenek daha hızlı çalışır.

Aynı grafik ormansızlaşma sorularının da anahtarıdır. Kesilen orman, atmosferden $\mathrm{CO_2}$ çeken üreticilerin azalması demektir; yakılırsa ağaçta bağlı karbon da havaya döner.

Folyolu Yaprak ve İyot

Bir yaprağın yarısı alüminyum folyoyla kapatılıyor, bitki gün boyu ışıkta kalıyor. Sonra yaprak kaynar suda yumuşatılıp sıcak alkolde klorofili çözdürülüyor, iyot çözeltisine batırılıyor. Sonuçta ışık alan kısım mavi-mor, folyolu kısım sarı-kahve kalır: iyot nişastayı gösterir, nişasta da fotosentezin depo ürünüdür.

Mini soru: Bitki deneyden önce neden 1-2 gün karanlıkta bekletilir? Yapraktaki eski nişasta tükensin diye. Böylece bulunan nişastanın deney günü üretildiği kesinleşir.

Stoma Ödünleşmesi

Yaprak yüzeyindeki stomalar açıkken $\mathrm{CO_2}$ girer ama su buharı da çıkar. Sıcak ve kurak bir öğleden sonra bitki stomalarını kapatır: su korunur, fakat $\mathrm{CO_2}$ girişi durduğu için fotosentez yavaşlar. Bitki burada iki kötüden daha az kötü olanı seçer. Yaprakların geniş ve yassı olması ise ışık soğuran yüzeyi büyütür.

Işıksız Üretim: Kemosentez

Okyanus tabanında, 2 000 metrenin altındaki sıcak su bacalarında ışık yoktur. Yine de dev tüp kurtları, midyeler ve yengeçlerle dolu topluluklar yaşar. Üreticileri, hidrojen sülfür gibi inorganik maddeleri yükseltgeyerek enerji elde eden kemosentetik bakteri ve arkelerdir. Topraktaki nitrifikasyon bakterileri de kemosentez yapar.

Yanılgılar ve Sınav Notu

Sık yapılan hata 1: "Fotosentezde açığa çıkan oksijen $\mathrm{CO_2}$'den gelir." İzotop deneyi oksijenin sudan geldiğini gösterdi; $\mathrm{CO_2}$'nin oksijeni şekere ve suya geçer.

Sık yapılan hata 2: "Işığı iki katına çıkarırsam hız da iki katına çıkar." Bu yalnız ışık sınırlayıcıyken geçerlidir; eğrinin yatay kısmında ışık eklemek işe yaramaz.

Sınav notu (TYT/AYT): Grafikte eğri yataylaşıyorsa cevap "başka bir etken sınırlayıcı oldu"dur, "enzimler bozuldu" değil. Enzim bozulması yalnız sıcaklık grafiğindeki inişi açıklar. Kemosentez sorusunda anahtar sözcük "ışık ulaşmayan ortam"dır.

Sık sorulanlar