Fotosentez

Ağaçlardaki her sonbahar yapraklarının neden yeşilden sarı, turuncu ve kırmızı tonlarına dönüştüğünü hiç merak ettiniz mi? Yapraklara ilk etapta parlak renklerini veren nedir? Cevap, güneş ışığında belirli dalga boylarını emen ve diğerlerini yansıtan pigmentler içeren kloroplast adı verilen bitki organellerinde yatmaktadır. Belirli bir pigment olan klorofil, yaz aylarında en bol bulunan pigmenttir. Güneş ışığından gelen yüksek enerjili, mor, mavi ve kırmızı dalga boylarını emer ve yapraklara yeşil görünüm veren yeşil dalga boylarını yansıtır. Yapraklarda kırmızı ve sarı ışığı yansıtan karotenoidler gibi başka pigmentler de vardır. Sonbaharda yapraklar pigmentlerini yenilemeyi bırakır. Klorofil diğer pigmentlerden daha hızlı bozulduğundan, bu karotenoidlerin renkleri maskelenmez.

Yeşil bir yaprakta farklı pigmentlerin varlığı, molekülleri belirli bir çözücü içindeki çözünürlüklerine göre ayıran hidrofilik bir polimer olan kromatografi kağıdı ile gösterilebilir. İlk olarak, yaprak özü kağıda yüklenir. Kağıt organik bir hidrofobik çözücüye daldırıldığında, çözücü kılcal hareket nedeniyle kağıt boyunca hareket eder ve yol boyunca yaprak ekstraktındaki farklı pigmentleri ayırır. En hidrofobik olan pigmentler kağıdın daha yukarısına taşınır. Hidrofilik pigmentler ise selüloza bağlanır ve bu da hareketlerini engeller. Tüm pigmentler hidrofobikliklerine göre sıralandıktan sonra, tutma faktörünü veya Rf değerlerini hesaplayabiliriz. Rf değeri, bir pigmentin kat ettiği mesafenin, çözücünün kat ettiği mesafeye oranıdır. Her pigmentin benzersiz bir Rf değeri vardır ve hesaplanan değerleri standartlarla karşılaştırarak pigmentleri kolayca tanımlayabiliriz. Bitkilerin karbondioksit, su ve ışık enerjisini kimyasal enerji ve oksijene dönüştürdüğü süreç olan fotosentez, öncelikle bir bitkinin yapraklarında gerçekleştirilir ve klorofil bu süreçte kritik bir rol oynar. Kloroplastlar, her biri belirli bir görevi yerine getiren ve karmaşık şekillerde etkileşime giren düzinelerce klorofil molekülü içerir. Sonuç olarak, ışık enerjisi, klorofil moleküllerinin diğer metabolik süreçlerde kullanılan elektronları bırakmasına neden olur. Bu nedenle, klorofil kaybettiklerini yerine koymak için sürekli bir elektron kaynağına ihtiyaç duyar. Bu yedek elektronlar, su moleküllerinin protonlara, elektronlara ve oksijen moleküllerine bölünmesinden gelir. Yüksek fotosentez oranlarında, elektronları yenilemek için su daha hızlı bölünür ve oksijen hızla üretilir.

Bu fenomen, bikarbonatın zengin bir karbon kaynağı olarak işlev gördüğü bir bikarbonat çözeltisinde yaprak diskleri basitçe askıya alarak laboratuvarda fotosentez oranını değerlendirmemize yardımcı olur. Yaprak disk deneyinin başlangıcında, bir şırınga içinde vakumla negatif basınç uygulanarak gazlar yaprak disklerinden dışarı atılır. Gazları dışarı atılan yaprak diskler ağırlaşır ve bir behere aktarıldığında bikarbonat çözeltisinin dibine batar. Fotosentez gerçekleştiğinde, klorofil elektronlarını yenilemek için ortamdaki su bölünür. Ortaya çıkan oksijen, diskleri daha hafif hale getirir ve zamanla yüzeye çıkmalarına neden olur. Daha yüksek fotosentez oranlarına izin veren ortamlar, daha hızlı yüzen disklere sahiptir.

Bu laboratuvarda ilk olarak kromatografi kağıdı kullanarak ıspanak yapraklarındaki pigmentleri ayıracak ve tanımlayacaksınız. Daha sonra bir yaprak disk deneyi ile sudaki ve bikarbonat çözeltisindeki fotosentez oranını değerlendireceksiniz.