Van Helmont’un yaptığı deney, bitki gelişimi ve fotosentez için toprağın gerekli olmadığını göstermektedir. Bitkilerin büyümesi için gerekli olan temel maddeler şunlardır:
-
Işık: Bitkiler, ışık enerjisini klorofil pigmentleri aracılığıyla emer ve bu enerjiyi kimyasal enerjiye dönüştürür. Bu kimyasal enerji, karbondioksit ve sudan şeker gibi karbonhidrat moleküllerini sentezlemek için kullanılır. Bu sürece fotosentez denir. Fotosentez, bitkilerin yaşamsal eylemlerine enerji sağlar ve oksijen gazı üretir.
-
Su: Bitkiler, suyu kökleriyle topraktan alır ve gövde ve yapraklara taşır. Su, fotosentez için gereklidir, çünkü suyun bölünmesi sonucu elektron ve hidrojen açığa çıkar. Bu elektron ve hidrojen, karbondioksiti indirgemek ve şeker üretmek için kullanılır. Su ayrıca bitki hücrelerinin temel yapı maddesidir ve turgor basıncını sağlar.
-
Karbondioksit: Bitkiler, karbondioksiti stomalar adı verilen yapraklardaki küçük gözeneklerden alır. Karbondioksit, fotosentez için gereklidir, çünkü karbondioksit molekülü, elektron ve hidrojen ile birleştirilerek şeker molekülüne dönüştürülür. Şeker molekülü, bitkinin uzun süreli enerji deposudur ve diğer organik bileşiklerin yapımında kullanılır.
-
Besin maddeleri: Bitkiler, azot, fosfor, potasyum gibi makro besin maddelerine ve demir, bakır, çinko gibi mikro besin maddelerine ihtiyaç duyar. Besin maddeleri, bitkinin büyümesi, gelişmesi, metabolizması ve üremesi için önemlidir. Besin maddeleri, toprak suyu ile birlikte kökler tarafından alınır ve bitki dokularına taşınır.
Toprağın bitki gelişimi ve fotosentez üzerindeki etkisi ise şöyledir:
-
Toprak suyu sağlar: Toprak, suyu gözenekleri arasında tutar ve bitkinin kökleri tarafından alınmasını sağlar. Toprak suyu ayrıca besin maddelerini de çözer ve taşır. Toprak suyu miktarı ve kalitesi bitki gelişimi için önemlidir.
-
Toprak besin maddeleri sağlar: Toprak, organik madde ve mineral parçacıklarından oluşur. Organik madde, toprağa hayvan ve bitki artıklarının ayrışmasıyla katılır. Mineral parçacıklar ise ana kayaçların fiziksel ve kimyasal olarak ayrışmasıyla oluşur. Organik madde ve mineral parçacıklar, toprağa besin maddeleri sağlar. Besin maddelerinin çözünürlüğü ise toprak suyu ile ilişkilidir.
-
Toprak fiziksel destek sağlar: Toprak, bitkinin köklerine fiziksel destek sağlar. Kökler toprağa tutunarak bitkinin dik durmasını ve rüzgar gibi dış etkenlere karşı direnmesini sağlar. Ayrıca kökler toprakta genişleyerek daha fazla su ve besin maddesi alımı yapar.
5. Fotosentezin gerçekleşmesi için gerekli temel girdileri ve basamakları, elde edilen ara ürünleri ve fotosentez çıktılarını belirtiniz.
Cevap:
Fotosentez, bitkiler ve bazı mikroorganizmaların ışık enerjisini kimyasal enerjiye dönüştürerek organik madde sentezlediği bir süreçtir. Fotosentezin gerekli temel girdileri, basamakları ve çıktıları şöyle sıralanabilir:
-
Girdiler: Fotosentez için gerekli olan temel girdiler su, karbondioksit ve ışıktır. Su, bitkinin kökleriyle topraktan alınır. Karbondioksit, bitkinin yapraklarındaki gözeneklerden atmosferden alınır. Işık, bitkinin yapraklarındaki klorofil pigmentleri tarafından emilir.
-
Basamaklar: Fotosentez iki ana basamaktan oluşur: ışığa bağımlı tepkimeler ve ışıktan bağımsız tepkimeler. Işığa bağımlı tepkimeler, kloroplastların tiylakoid zarında gerçekleşir. Bu tepkimelerde ışık enerjisi, suyun bölünmesiyle elektron ve hidrojen açığa çıkarır. Bu elektron ve hidrojen, karbondioksiti indirgemek için kullanılacak olan ATP ve NADPH moleküllerini oluşturmak için kullanılır. Bu tepkimelerde ayrıca oksijen gazı da üretilir. Işıktan bağımsız tepkimeler, kloroplastların stroma adı verilen sıvısında gerçekleşir. Bu tepkimelerde karbondioksit, ATP ve NADPH kullanılarak şeker moleküllerine dönüştürülür. Bu tepkimeler Calvin döngüsü olarak da bilinir.
-
Çıktılar: Fotosentezin temel çıktıları şeker ve oksijendir. Şeker, bitkinin uzun süreli enerji deposu ve diğer organik bileşiklerin yapımında kullanılır. Oksijen ise atmosfere salınır veya bitkinin solunumunda kullanılır.
6. Işıktan bağımsız reaksiyonlara katılan karbondioksitin fotosenteze nasıl bir katkısının olduğunu açıklayınız.
Cevap:
Karbondioksitin fotosenteze katkısı, ışıktan bağımsız reaksiyonlarda ortaya çıkar. Bu reaksiyonlarda karbondioksit, ATP ve NADPH kullanılarak şeker moleküllerine dönüştürülür. Bu şekilde bitki, karbondioksiti organik maddeye indirger ve enerji deposu oluşturur.
Işıktan bağımsız reaksiyonlar, kloroplastın stromasında gerçekleşir. Bu reaksiyonlar Calvin döngüsü olarak da bilinir. Calvin döngüsünde, karbondioksit, ribuloz bifosfat (RuBP) adı verilen 5 karbonlu bir molekülle birleşir. Bu birleşme, rubisko adı verilen bir enzim tarafından katalize edilir. Karbondioksitin RuBP’ye eklenmesi sonucu, 6 karbonlu kararsız bir ara bileşik oluşur. Bu ara bileşik, iki molekül 3-fosfogliserat (3-PGA) adı verilen 3 karbonlu bir moleküle parçalanır.
3-PGA, ATP ve NADPH kullanılarak gliseraldehit-3-fosfat (G3P) adı verilen başka bir 3 karbonlu moleküle dönüştürülür. G3P, bitkinin şeker ve diğer organik bileşikleri sentezlemek için kullandığı temel moleküldür. G3P’nin bir kısmı bitki tarafından kullanılır veya depolanır. G3P’nin bir kısmı ise yeniden RuBP’ye dönüştürülerek Calvin döngüsünün devam etmesini sağlar.
Böylece karbondioksit, ışıktan bağımsız reaksiyonlarda bitkinin organik madde üretmesine ve enerji depolamasına katkıda bulunur.
7. Glikoz molekülünün sahip olduğu enerji, ışık fotonlarından glikoz molekülüne kadar nasıl bir yol izlemektedir? Kullanılan molekülleri sırasıyla yazınız.
Cevap:
Glikoz molekülünün sahip olduğu enerji, ışık fotonlarından glikoz molekülüne kadar şu şekilde bir yol izler:
-
Işık fotonları, bitkinin yapraklarındaki klorofil pigmentleri tarafından emilir. Bu enerji, ışığa bağımlı tepkimelerde kullanılır.
-
Işığa bağımlı tepkimelerde, su molekülleri bölünerek elektron, hidrojen ve oksijen açığa çıkarır. Elektron ve hidrojen, ATP ve NADPH moleküllerini oluşturmak için kullanılır. ATP ve NADPH, kimyasal enerji taşıyan moleküllerdir.
-
ATP ve NADPH, ışıktan bağımsız tepkimelerde kullanılır. Bu tepkimelerde, karbondioksit, ATP ve NADPH kullanılarak şeker moleküllerine dönüştürülür. Bu şekerlerden biri glikozdur.
-
Glikoz, bitkinin uzun süreli enerji deposu ve diğer organik bileşiklerin yapımında kullanılır. Glikoz, hayvanlar tarafından tüketildiğinde veya bitki tarafından solunumda kullanıldığında, enerji açığa çıkarır.
Böylece glikoz molekülünün enerji kaynağı ışık fotonlarıdır. Bu enerji, fotosentez tepkimelerinde kimyasal enerjiye dönüştürülür ve glikoz molekülünde depolanır.
8. Calvin döngüsünde glikoz üretilmeden önce 3 karbonlu PGAL (fosfogliseraldehit) üretilir. Üretilen bu PGAL molekülünden glikoz üretilebildiği gibi bitkinin ihtiyacına göre başka organik maddeler de üretilebilir. Üretilen bu moleküllerin isimlerini aşağıdaki şemada boş bırakılan yerlere yazınız.
Cevap:
