Soru:
Fotosentez süreci, kloroplastlarda gerçekleşen iki ana evreden oluşur: ışığa bağımlı tepkimeler ve ışıktan bağımsız tepkimeler (Calvin döngüsü). Işığa bağımlı tepkimeler, tilakoit zarlarda gerçekleşirken, ışıktan bağımsız tepkimeler stromada gerçekleşir. Bu iki evre birbiriyle doğrudan ilişkilidir ve ışıktan bağımsız tepkimelerin devamlılığı, ışığa bağımlı tepkimelerin ürünlerine bağlıdır.
Buna göre, ışık şiddetinin yeterli olduğu bir ortamda fotosentez yapan bir bitkinin kloroplastlarına aniden ışık verilmesi kesilirse, ışıktan bağımsız tepkimelerde (Calvin döngüsü) aşağıdaki moleküllerden hangisinin miktarında bir süre sonra azalma gözlenmesi beklenmez?
A) ATP
B) NADPH
C) Ribuloz bifosfat (RuBP)
D) Glikoz
E) Karbondioksit ($CO_2$)
Doğru Cevap: E
✍️ Çözüm:Fotosentez sürecinde ışığa bağımlı tepkimeler ve ışıktan bağımsız tepkimeler (Calvin döngüsü) arasındaki ilişkiyi anlamak, soruyu çözmek için kritiktir.
Adım 1: Işığa bağımlı ve ışıktan bağımsız tepkimelerin ürünlerini ve girdilerini belirlemek.
- Işığa bağımlı tepkimeler (Tilakoit zarlar): Işık enerjisi kullanılarak su ($H_2O$) parçalanır (fotoliz). Sonucunda ATP, NADPH ve oksijen ($O_2$) üretilir. Oksijen atmosfere verilirken, ATP ve NADPH ışıktan bağımsız tepkimelerde kullanılmak üzere stromaya geçer.
- Işıktan bağımsız tepkimeler (Calvin döngüsü) (Stroma): Işığa bağımlı tepkimelerden gelen ATP ve NADPH kullanılarak atmosferden alınan karbondioksit ($CO_2$) indirgenir ve organik moleküller (glikoz gibi) sentezlenir. Bu döngüde ayrıca ribuloz bifosfat (RuBP) adı verilen $5$ karbonlu bir şeker, $CO_2$'yi bağlamak için kullanılır ve ATP harcanarak yeniden sentezlenir.
Adım 2: Işık kesildiğinde her bir molekülün durumunu analiz etmek.
Işık aniden kesildiğinde, ışığa bağımlı tepkimeler hemen durur. Bu durumun ışıktan bağımsız tepkimeler üzerindeki etkileri şunlardır:
- ATP ve NADPH: Işığa bağımlı tepkimeler durduğu için ATP ve NADPH üretimi durur. Kloroplastta mevcut olan ATP ve NADPH, ışıktan bağımsız tepkimelerde kullanılmaya devam eder ancak yeni üretim olmadığı için miktarları zamanla azalır. Bu nedenle A ve B şıklarındaki moleküllerin miktarı azalma gösterir.
- Ribuloz bifosfat (RuBP): Işıktan bağımsız tepkimelerde $CO_2$, RuBP ile birleşerek döngüye girer. RuBP'nin döngü sonunda yeniden sentezlenmesi ATP gerektirir. Işık kesildiğinde ATP üretimi duracağı için, mevcut ATP tükendiğinde RuBP'nin yeniden sentezi de durur. Ancak döngüdeki $CO_2$ bağlama aşaması bir süre daha devam edeceği için RuBP tüketilirken yeniden üretilemeyecek ve bu durum RuBP miktarında bir azalmaya yol açacaktır. Bu nedenle C şıkkındaki molekülün miktarı azalma gösterir.
- Glikoz: Glikoz veya diğer organik moleküllerin sentezi, ATP ve NADPH'ye bağımlıdır. Işık kesildiğinde ATP ve NADPH üretimi durduğu için, glikoz sentezi de kısa süre içinde durur. Soruda glikozun miktarı sorulmaktadır. Glikoz üretimi durduğu için mevcut glikoz miktarı artmayacak, hatta hücre tarafından kullanılabileceği için azalabilir veya sabit kalabilir. Ancak temel olarak üretimi durduğu için, azalma beklenebilir (eğer tüketiliyorsa) veya artış beklenmez. Bu bağlamda, sorudaki "azalma gözlenmesi beklenmez" ifadesi genellikle üretimi duran veya artan bir molekül için kullanılır. Ancak glikozun kendisi doğrudan azalmaz, üretimi durur. Eğer birikmiş glikozdan bahsediyorsa, tüketim devam ediyorsa azalabilir.
- Karbondioksit ($CO_2$): Işıktan bağımsız tepkimelerde $CO_2$ tüketimi, ATP ve NADPH'nin varlığına bağlıdır. Işık kesildiğinde ATP ve NADPH miktarı azaldıkça, $CO_2$ bağlama ve indirgenme süreci yavaşlar ve durur. Ortamda sürekli $CO_2$ girişi olduğu varsayılırsa (ki bitki solunum yapmaya devam eder ve dışarıdan da $CO_2$ alabilir), $CO_2$ tüketimi durduğu için kloroplast içindeki $CO_2$ miktarı azalmayacak, aksine birikmeye başlayacağı için artma eğilimi gösterecektir veya en azından sabit kalacaktır. Bu nedenle, $CO_2$ miktarında bir azalma gözlenmesi beklenmez.
Sonuç: Işık kesildiğinde ATP, NADPH ve RuBP miktarları azalırken, $CO_2$ tüketimi durduğu için kloroplast içindeki $CO_2$ miktarında bir azalma beklenmez, aksine artış veya sabit kalma durumu söz konusu olur.
