Işık dalgaları elektromanyetik radyasyon spektrumunun küçük bir bölgesini oluşturur. Bu spektrumda her bir yayınım özgün bir dalga boyuna ve enerji miktarına sahiptir. Bu iki özellik ters ilişki gösterir: dalga boyu uzadıkça enerji miktarı azalır. İnsanların gözle görebildiği dar bir bant içinde en kısa dalga boyu mor, en uzun dalga boyu ise kırmızı görüntü verir. Mordan daha kısa dalga boylu olan utraviyole, X ışınları ve gamma ışınları ile dalga boyu kırmızınınkinden daha uzun olan kızılötesi, mikro dalga ve radyo, TV dalgaları gözle görülmezler.
Dalga boyuna bağlı olmaksızın, ışığın tümü fotosentez için aynı ölçüde etkili midir? Bunu yanıtlayabilmek için, ışık enerjisini yakalayan ve onun kimyasal enerjiye dönüşmesine yardım eden çok önemli yeşil pigment olan klorofile dönmemiz gerekir. Birbirinden biraz farklılık gösteren birkaç çeşit klorofilden en yaygın olanı klorofil a olduğundan tartışmamızda esas olarak bu bileşik üzerinde durulacaktır.
Bir nesne üzerine düşen ışık, nesnenin içinden geçebilir, nesne tarafından absorbe edilebilir ya da onun tarafından yansıtılabilir. Bizler absorbe edileni değil, geçirilen ya da yansıtılan ışığı görebiliriz. Şimdi, eğer gelen ışığı yakalayan madde klorofil ise ve bu madde bizim gözlerimize yeşil görünüyorsa, bazı gerçeklerin düşünülmesi gerekir. Bunlardan birincisi, ya klorofil, bize yeşil görüntüyü veren dalga boylarının büyük bir bölümünü absorbe edemeyecekti; o zaman biz yeşil rengi göremeyecektik. Bu durumda klorofil, spektrumun görünen kısmındaki bazı dalga boylarını absorbe etmiştir ve yeşili oluşturacak ışığı yansıtmıştır (tüm görünebilir ışık dalgaları birleştiklerinde beyaz görüntüsü verirler). O zaman biz bu nedenle yeşil ışığı görebilmekteyiz. Bu noktada, tüm ışığın fotosentez için eşit olarak etkili olup olmadığı sorusunu kısmen yanıtlamış oluyoruz: yeşil ışık klorofil tarafından kolayca absorbe edilmediğinden, diğer bazı renklerin ışığı kadar etkili değildir.
Eğer klorofil yapraktan özütlenir ve her bir dalga boyundaki absorbsiyon miktarını belirlemek için değişik dalga boylarındaki ışığa ayrı ayrı maruz bırakılırsa daha kesin bilgi elde edilebilir. Bu şekilde elde edilmiş klorofil a’nın absorbiyon spektrumu, esas olarak mor, mavi-mor ve kırmızı bölgelerde absorbsiyon yapıldığını gösterir. Fotosentezin gerçekleşmesinde çeşitli dalga boylarındaki ışınların etkisinin bir ölçüsü olan fotosentezin etki spektrumunun klorofil a’nın absorbiyon spektrumundan bir ölçüde de olsa farklı olduğu gözönünde bulundurulmalıdır. Klorofilin çok az ışık absorbladığı spektrum kısımlarında nispeten yüksek etkinlik bulunması, klorofil a tarafından kolayca absorbe edilmeyen bazı dalga boylarının fotosentezin sürdürülmesinde yine de etkisinin olduğunun bir göstergesidir. Esasen, sarı ve turuncu karotenoyitler ve klorofilin diğer formları olmak üzere, yeşil bitkilerde mevcut olan diğer pigmentler, açık olarak spektrumun bu bölgelerinde ışığı absorladıktan sonra, enerjiyi klorofil a’ya geçirirler. Böylelikle karotenoyitler gibi yardımcı pigmentler bitkinin tek başına klorofil a’nın yakalayabildiğinden daha farklı boylu ışınları kullanmasını sağlarlar.
Uygun bir dalga boylu bir ışın, klorofil molekülüne çarptığında ne meydana gelmektedir? Bunun tam yanıtı bilinmemekle birlikte, işlemin pek çok yönü aydınlatılmıştır.
Klorofil ve yardımcı pigmentler yeşil bitkilerin fotosentez yapan hücrelerinin klofoplastlarında fotosentetik birimler olarak adlandırılan işlevsel guruplar halinde organize olmuşlardır. Her bir birim, klorofil a, klorofil b ve karotenoyitlerin dahil olduğu yaklaşık 300 pigment molekülü içerir. Her bir birimde dört gruptan oluşan pigment moleküllerinden biri diğerlerinden farklıdır; bu grup reaksiyon merkezi olarak iş gören bir kompleksin parçasıdır. Diğer pigment molekülleri ışık enerjisine bir ölçüde antenler gibi tepki vererek iş görürler.
Görmüş olduğumuz gibi, ışık enerjisi, foton olarak adlandırılan farklı birimler halinde gelir. Bir foton, bir klorofil (ya da bir karotenoyit) molekülüne çarparak absorbe edildiğinde, onun enerjisi pigment molekülünün bir elektronuna geçirilir; enerji düzeyi artan elektron daha yüksekteki nispeten kararlı bir enerji düzeyine çıkar. Elektronlar farklı enerji düzeylerini işgal ettiklerinden, fotonun pigmentteki elektronu temel durumundan daha yüksek bir enerji düzeyine çıkarılabilmesi için belirli bir enerjiye sahip olması gerekir. Daha önce belirtildiği gibi bir fotonun enerjisi kendi dalga boyu ile ilişkili olduğundan (ters ilişkili olarak), uygun miktarda enerjiye sahip fotonlar yalnızca belirli bir dalga boyu aralığındaki ışınlardan elde edilebilir.
Enerji düzeyinin yükselmesi nedeniyle kararlılığını kaybetmiş olan bir elektron, absorbladığı enerjiyi vererek, hızla etkin olmadığı eski durumuna dönmeye çalışır. Örneğin, bir deney tüpündeki izole klorofil, yakaladığı enerjiyi hızla görünür ışık şeklinde yansıtarak kaybeder. Bu işlem flurusens olarak bilinir. Klorofil pigment molekülü, fotosentetik birimlerinden ayrı olarak tek başına, ışık enerjisini kimyasal enerjiye dönüştüremez. Fakat işlevsel kloroplasta, ışık enerjisi, bir anten molekülündeki bir elektronu, yüksek bir enerji durumuna yükseltmişse, enerjilendirilmiş durum, pigment molekülünün birinden diğerine geçirilerek, sonuçta onu yakalayacak reaksiyon merkezine ulaşır. Reaksiyon merkezinin serbest enerjisi, anten moleküllerininkinden daha düşük olduğundan, reaksiyon merkezine ulaşan, enerjilendirilmiş durum oradan kolaylıkla kaçamaz. Bu molekülde, enerjilenmiş durumu karakterize eden enerjilendirilmiş elektron, normal olarak düşük enerji düzeyine dönemez. Bunun yerine, enerjilendirilmiş elektron, bir akseptör moleküle geçirilir ve enerjinin hücre tarafından daha kolaylıkla kullanılabildiği bir forma dönüştüren ve enzimle katalizlenen bir dizi reaksiyona girer.
Kaynakça:
Khan Academy
Yazar: Taner Tunç