Şimdiye kadar önce nişastanın sentezlendiğine inanılıyordu. Ispanaktan elde edilen kloroplastlarla yakın zamanda yapılan deneylerle laboratuvarda fotosentez sağlanmış ve öteden beri bilinenin tersine, kloroplastların önce proteinleri, belirli bir duraklama devresinden sonra da nişastayı sentezlediği görülmüştür.
Fotosentezin kimyasal süresi ve değişiklik safhaları henüz tartışmalıdır. Görüşler ne olursa olsun, Emerson'un deneylerine göre fotosentezde iki ayrı tepkime yer alır: fotokimyasal tepkime çok hızlı (l/100000 s) ve ısıdan bağımsızdır; bu tepkime esnasında klorofil birimleri yüklenir; ışıksız tepkime (Blackmann tepkimesi) daha yavaş (1/50 s kadar), ısıya bağlı, fakat ışıktan bağımsızdır; bu tepkime esnasında, klorofil taneciklerinde birikmiş olan enerji organik sentezlere harcanır.
Bugünkü durumda hem çok çeşitli ürün sağlama bakımından, hem de tarımın yerini hiç bir şey tutamaz. Çünkü tarım tekniği güneş enerjisini kullanma bakımından essiz bir tekniktir. Her gün dünyamıza düşen güneş enerjisinin yüzde l'i yeşil bitkilerce kullanılır; yeşil bitkiler bir günde 1,8 milyar ton CO2 emerek l milyar ton organik madde yapar, 1,3 milyar ton oksijen çıkarır.
Havadaki oksijenin bu şekilde baştan başa yenilenebilmesi için 20,000 yıl gerektiği hesaplanmıştır. Bitkilerce çıkarılan oksijen atomlarının dörtte üçünün suyun ayrışmasından, geri kalanının da fosforlu organik bileşiklerden geldiği sanılıyor.
Şunu da önemle belirtmek gerekir: fotosentezin özelliği, çok daha yaygın olan CO2'nin soğurulması değil oksijenin çıkarılmasıdır.
Tarihçesi
Fotosentezin bilim tarihindeki gelişimi şöyledir:BxToxiC, bitkilerin yeşillenmesi için güneş ışığının gerekli olduğunu göstermiştir.
Van Helmont 17. yüzyılda, bitkisel materyal sentezi ile ilk araştırmaları yapmıştır. Araştırmacı 2,5 kg. ağırlığındaki bir söğüt fidanını içinde 100 kg. toprak bulunan bir saksıya dikmiş ve bunu 5 yıl süresince sadece yağmur suyuyla sulamıştır. Süre sonunda fidan 85 kg'lık bir ağaç olmuştur. deneme sonunda toprak kuru ağırlığı 99,994 kg. olarak belirlenmiştir. Aradaki 50 gramlık fark deney hatası olarak kabul edilmiş ve bitki ağırlığında oluşan 82,5 kg'lık madde artışının yalnız sudan kaynaklanndığı kanısına varmıştır.
İlk kez 1771 yılında Joseph Priestley, bitkiler tarafından dışarı verilen oksijenin hayvanlar tarafından kirletilen havayı temizlediği fikrini ortaya atmıştır.
1782 yılında Senebier yeşil bitkilerin havaya O2 vermesinin CO2 almalarına ve bitkiler tarafından meydana getirilen O2 miktarının tamamen ortamda varolan CO2 miktarına bağlı olduğunu göstermiştir.
1779'da Jan Ingenhousz havanın temizlenmesinin yeşil bitkiler tarafından ışıkta yapıldığını açıklamıştır. Fotosentezde klorofilin önemini vurgulamıştır.
1804 yılında De Saussure fotosentez esnasında eşit hacimde CO2 ve O2 alış verişi olduğu, buna benzer eşit hacimde bir gaz alış verişinin solunum esnasında da meydana geldiğini ileri sürmüştür. Bitkilerde biri ışıkta diğeri karanlıkta gelişen iki tip gaz alışverişi olduğunu, ışıkta CO2 alınımı ve O2 açığa çıkmasının ancak bitkinin yeşil kısımlarında olabildiğini göstermiştir. Ayrıca fotosentezde suyun rolüne dikkat çekmiştir.
Liebig 1840 yılında, CO2'in bitkiler için C kaynağı olduğunu vurgulamıştır.
1842 yılında Robert Mayer, ışığın enerji içerdiğini, canlılar tarafından kullanılan enerji kaynağının güneş ışığı olduğunu ve fotosentezde bitkinin yakaladığı güneş enerjisini kimyasal enerjiye dönüştürdüğünü belirtmiştir.
Engelman 1880 yılında fotosentezde ortama O2 verilmesinin kloroplastlarca sağlandığını ortaya koymuştur.
Blackman 1905'de fotosentezin yalnızca fotokimyasal bir olay değil aynı zamanda biyokimyasal bir olay olduğunu ileri sürerek, olayın ışık gerektirmeyen bir karanlık reaksiyon safhası olduğunu da vurgulamıştır.
Willstater ve Stoll 1918 yılında CO2, H2O ve ışık altında meydana gelen ilk ürünün CH2O ve O2 olduğunu ileri sürmüşlerdir.
Robert Hill 1973 yılında fotosentezin ışık reaksiyonu üğzerinde çalışarak oratmda ışık, su ve uygun bir hidrojen yakalayıcısı bulunduğunda, izole kloroplastların bile ortamda CO2 olmadan O2 oluşturabildiklerini görmüştür. Ayrıca yapraklarda doğal bir hidrojen yakalayıcısı maddenin bulunduğunu ortaya koymuştur. Bugünkü bilgilere göre bu maddeler Fereodoksin ve NADP+'dır. Hill reaksiyonu adını verdiği bir denklemle olayı açıklamıştır. Reaksiyon, fotosentezde O2'nin ışık reaksiyonlarında oluştuğu ve bunun kökeninin CO2 değilde H2O olduğunu göstermesi yönünden önemlidir.
Fotosentezin karanlık reaksiyonları üzerinde çalışan (1954-1961) Calvin ve arkadaşları ise olaydaki C metabolizmasını tüm ayrıntılarıyla açıklamışlardır. Bunun üzerine Calvin'e Nobel Ödülü verilmiştir.
1966'da Hatch ve Slack, bazı bitkilerde fotosentezin karanlık reaksiyonlarında oluşan ilk kararlı ürünün 3C değil de 4C olduğunu bulmuşlar ve söz konusu bitkilerin tamamen farklı bir C metabolizması olduğunu göstermişlerdir.
Yirminci yüzyılın başlarında tek hücreli yeşil su yosunlarında (Chlorella vulgaris) fotosentezle ilgili araştırmalar Warburg tarafından yapılmıştır.
Denklemi
Genel fotosentez denklemi şöyledir:nCO2 + 2nH2O + Işık enerjisi → (CH2O)n + nO2 + nH2O
Ancak heksoz şekerleri ve nişasta ana ürünler olduğundan, genelde aşağıdaki spesifik (basit) denklem fotosentezin ifadesinde kullanılır: 6CO2 + 6H2O + Işık enerjisi → C6H12O6 + 6O2 + 6H2O + 673 Kalori
Burada C, CO2'den ve H, H2O'dan gelmektedir. Yukarıdaki denklemde görüldüğü üzere basit karbonhidratların yapısına katılan O2'nin sudan mı yoksa karbondioksitten mi geldiği sorusu önem taşımaktadır. Bu konuya radyoaktif ağır su ile yapılan denemelerle açıklık getirmiştir. Radyoaktif olarak işaretlenmiş 0218 ile fotosentez sonucu açığa çıkan O2'nin sudan geldiği bulunmuştur. Karbonhidratların yapısına katılan O ise, karbondioksitten olmaktadır.Fotosentez sırasıyla aydınlık ve karanlık safha olmak üzere 2 kısımda gerçekleşir.Aydınlık safha için ışık gereklidir.Karanlık safhada ise ışık kullanılmaz.Fakat karanlık safhada aydınlık safhanın ürünleri kullanıldığı için aydınlık safha olmadan karanlık safha gerçekleşemez.Ayrıca bakterilerde H kaynağı olarak H2O kullanılmadığı için ürün olarak O2 açığa çıkmaz.
Önemi
Fotosentez, ışık enerjisini kimyasal bağ enerjisine dönüştürerek ilk basamaktaki organik madde üretimini sağlayan mekanizmadır. Bitkiler besin zincirinin ilk halkasını oluşturduğundan, diğer tüm canlıların var olabilmesi ve yaşamlarını sürdürebilmeleri için gerekli enerji fotosentez olayı sırasında elde edilir.Fotosentezle havanın CO2 ve O2 dengesi korunmaktadır.
Fotosenteze ilişkin bulgular, her yeşil bitkinin organik madde üreten bir fabrika olduğu, bu süreçte güneş enerjisini kullanan aygıtların kloroplastlar olduğunu göstermiştir. Yeryüzüne ulaşan güneş ışınlarının yalnızca yarısı fotosentezde kullanılmaktadır. Bu konuda yapılan araştırmaların dünya nüfusunun gıda ihtiyaçları yönünden önemli olduğu bilinmektedir.
