İşıq şüaları yarpaqları öpərkən orada baş verən kimyəvi çevrilmə həyatın əsasını təşkil edir. Günəş enerjisini qida molekullarına çevirən bu proses bitkilərin, yosunların və məhz bir sıra bakteriyaların həyatda qalmasını təmin edir. Atmosferdən karbon dioksidi udan orqanizmlər bunu oksigen və şəkər molekullarına çevirərək təkcə öz ehtiyaclarını qarşılamır, həm də ekosistemin qaz mübadiləsini tənzimləyir. Fotosintez zamanı yaranan oksigen canlı varlıqların nəfəs almasına şərait yaradır və planetin atmosferinin tarazlığını qorumağa kömək edir. Yarpaq hüceyrələrinin xloroplast adlanan orqanoidləri daxili membran şəbəkəsi vasitəsilə işıq enerjisini kimyəvi enerjiyə keçirir. Bu enerjinin daha uzunmüddətli saxlanması üçün şəkər sintez olunur və ehtiyat karbonhidrat şəklində filial, kök və meyvələrə daşınır. Fotosintezin intensivliyi iqlim, su mövcudluğu və torpaq keyfiyyəti kimi amillərdən asılıdır. Hər yeni aşağı temperaturlu gün bitkilərin işıq udma qabiliyyətinə mane olsa da, günəş şüaları yetərli olduqda ən önəmli enerji əldəetmə mexanizmi işə düşür. Tarix boyu bu proses alimləri cəlb edib, ilk tədqiqatlar 18–19-cu əsrlərdə xloroplastın funksiyasını və işıq şüalarının rolu barədə suallar doğurub. Müasir dövrdə elm fotosintez avadanlıqları, süni yarpaqlar və karbon tənzimləyici sistemlər layihələndirərək bu prosesin ekoloji və texnoloji faydalarını genişləndirir. Həm bitki biologiyası, həm də iqlim elmləri fotosintezi başa düşmək üçün bir-birini tamamlayan tədqiqat istiqamətləridir. Bitkilərin tərkibindəki piqmentlər, işıq fazası və qaranlıq dövrün kimyəvi mərhələləri insanlığa həm elmi, həm praktik biliklər bəxş edir. Fotosintez sadəcə bitki hüceyrələrində deyil, qlobal ekosistem şəbəkəsində həyat hərəkətverici qüvvədir.
Fotosintezin tərifi və əhəmiyyəti
Fotosintez bitkilərin, yosunların və bəzi bakteriyaların günəş işığını kimyəvi enerji formasına çevirərək qlükoza və oksigen sintez etmə prosesidir. Bu proses dünya biosferində energetik əsas funksiyanı daşıyır və bütün qida zəncirinin başlanğıcını təşkil edir.
Günəş enerjisi xlorofil piqmentləri vasitəsilə udularaq su molekullarının parçalanmasına və karbon dioksidin şəkərə çevrilməsinə yönəldilir. Fotosintez sayəsində atmosferə oksigen buraxılır, karbon dioksid miqdarı azaldılır, qlobal iqlim sisteminin tənzimlənməsinə töhfə verilir. Bitkilərin məhsuldarlığı isə kənd təsərrüfatı sahəsində qida təhlükəsizliyinin əsasını təşkil edir.
Xlorofil və işıq uducu piqmentlər
Xlorofil piqmentləri işığın udulmasında baş rol oynayır. Əsasən xlorofil a və xlorofil b növləri yarpaq xitininə yerləşərək müxtəlif dalğa uzunluqlarındakı işığı udur. Xlorofil a mavi-çəhrayı və narıncı-yaşıl diapazonları, xlorofil b isə daha geniş spektri əhatə edir.
Bundan başqa karotinoidlər və ksantofil kimi yan piqmentlər işığı əhatə spektrini genişləndirir və ultrabənövşəyi şüalardan müdafiə təmin edir. Piqmentlər tilakoid membranlarında foto-sistem kompleksləri şəklində təşkil olunub, bu da işığın molekullara ötürülməsini sürətləndirir.
İşıq fazası reaksiyaları
İşıq fazası tilakoid membranlarında baş verir və birbaşa işıq enerjisini kimyəvi enerjiyə çevirir. Burada su molekulları parçalanaraq oksigen, elektron və protonlar meydana çıxır. Elde olunan elektronlar foto-sistem II-dən foto-sistem I-ə keçir, nəticədə ATP və NADPH sintez olunur.
ATP sintezi tilakoid daxili hissəsində proton gradienti yaradılması əsasında baş verir. NADPH formalaşması isə elektron qəbul edən NADP⁺-nin redüksiyası nəticəsində reallaşır. Bu molekullar qaranlıq fazada karbon assimilasiyasına enerji və reduksiya gücü verirlər.
Qaranlıq fazası (Calvin dövrü)
Qaranlıq fazası stromada baş verir və işıq enerjisindən asılı olmadan karbon dioksidin qlikozaya çevrilməsinə xidmət edir. Calvin dövrü üç əsas mərhələdən ibarətdir: karbon qəbulu, reduksiya və RuBP regenerasiyası.
RuBisCO fermenti karbon dioksidi beş karbonlu RuBP molekuluna birləşdirərək qeyri-sabit altı karbonlu birləşməyə səbəb olur. Sonrakı reaksiyalarda ATP və NADPH-dən istifadə edərək bu birləşmə qlikeraldehid-3-fosfata çevrilir. Dövrün sonunda RuBP yenidən formalaşır və yeni dövr üçün hazır vəziyyətə gətirilir.
| Calvin dövrü mərhələsi | Ferment və substrat | Məhsul |
|---|---|---|
| Karbon qəbulu | RuBisCO + CO₂ + RuBP | 3-fosfogliserat |
| Reduksiya | 3-fosfogliserat + ATP + NADPH | Qlikeraldehid-3-fosfat (G3P) |
| RuBP regenerasiyası | G3P + ATP | Ribuloza-1,5-bisfosfat (RuBP) |
Fotosintez üçün tələb olunan şərtlər
Fotosintezin effektivliyi işıq intensivliyi, temperatur, su təminatı və karbon dioksid konsentrasiyası kimi faktorlardan asılıdır. Yetərincə güclü işıq olmadan işıq fazası yavaşıyır, çox yüksək və çox aşağı temperatur isə fermentlərin aktivliyini pozur.
Su çatışmazlığı yarpaq stomasında qapanmaya səbəb olur və karbon dioksidin bağırsağa keçidini məhdudlaşdırır. Eyni zamanda stomalarda qaz mübadiləsi ləngiyir. Optimal şərtlər 20–30°C arasında, kifayət qədər rütubət və işıq enerjisi daxilində təmin edilməlidir.
Bitki fiziologiyası və adaptasiya mexanizmləri
Fotosintez prosesinin intensivliyi bitki növünə görə dəyişir. C3 bitkiləri (buğda, dəmirağacı) standart Calvin dövrünü izləyir, C4 (qarğıdalı, şəkərqamışı) və CAM (kaktus, ananas) xüsusiyyətlərinə malik bitkilər isə yüksək temperatur və az su şərtlərində karbon assimilasiyasını optimallaşdırır.
C4 bitkiləri karboksilasiya üçün ilkin məhsul kimi oksaloasetat formalaşdırır və onu azillik dövründə RuBP dövrünə ötürür. CAM bitkiləri stomalarını gecə açaraq karbon dioksidi yığır və gündüz onu fotosintez üçün istifadə edir. Bu mexanizmlər şərti faktorlar dəyişdikdə belə bitki həyatda qalmağa yardım edir.
İnsan fəaliyyəti və iqlim dəyişikliyi
Fosil yanacaqların artan istifadəsi atmosferdə karbon dioksid konsentrasiyasını yüksəldir və iqlim dəyişikliyini sürətləndirir. Bu da fotosintez prosesinin karbon dövriyyəsini pozur, bəzən bitkilərin böyümə sürətini azaldır.
Eyni zamanda deforestasiya və torpaq eroziyası fotosintez üçün lazımi bitki örtüyünü məhv edir. Dayanıqlı kənd təsərrüfatı, meşələrin qorunması və karbon tənzimləyici məkanların bərpası iqlim tarazlığını bərpa etməyə kömək edir.
Tədqiqat və texnoloji tətbiqlər
Süni fotosintez sistemləri günəş enerjisini birbaşa kimyəvi yanacaqlara çevirərək ekoloji enerji mənbəyi yaratmaq məqsədilə tədqiq edilir. Bu sistemlər xloroplast funksiyalarını biomimetika üsulları ilə təqlid edir.
Gen mühəndisliyi vasitəsilə bitkilərin fotosintez effektivliyini artırmaq, su və karbon dioksid istifadəsini optimallaşdırmaq istiqamətində çalışma aparılır. Bu tədqiqatlar gələcəkdə qlobal ərzaq təhlükəsizliyi və ekoloji tarazlığın təmin edilməsində yeni imkanlar açacaq.
Fotosintez planetimizin əsas enerji mənbəyini təşkil edir, çünki günəş işığını kimyəvi enerjiyə çevirərək qida zəncirinin başlanmasını təmin edir. Bu proses atmosferdəki oksigen səviyyəsini tarazlayır, canlı orqanizmlərin nəfəs almasına şərait yaradır. Fotosintezin işıq və qaranlıq fazaları xloroplastlarda koordinasiya olunmuş şəkildə baş verir. Bitkilərin su, temperatura və karbon dioksidə adaptasiyası müxtəlif mexanizmlərlə tənzimlənir. Sənaye inqilabından bu yana atmosfer dənizə nisbətən karbon yüklənməsi nəticəsində fotosintez dərəcəsi dəyişir. Qlobal istiləşmə, deforestasiya və urbanizasiya bu prosesə mənfi təsir göstərir. Davamlı agroekoloji idarəetmə, meşələrin bərpası və karbon tənzimləyici strategiyalar iqlim tarazlığını dəstəkləyir. Suni fotosintez və gen mühəndisliyi texnologiyaları gələcəkdə enerji və ərzaq təhlükəsizliyinə töhfə verəcək. Hər bir fərd bitkilərin böyüməsinə şərait yaradaraq fotosintez dövriyyəsinə vdəyər qatmalıdır. Ekoloji şüur və müvafiq siyasət ekosistemlərin davamlı inkişafı üçün vacib şərtdir. Fotosintez həyat şəraitimizi formalaşdıran böyük təbii prosesdir və onun qorunması nəsillərin rifahı üçün prioritet məsələdir.
Ən Çox Verilən Suallar
Fotosintez günəş işığını kimyəvi enerjiyə çevirən biokimyəvi prosesdir. Bitkilərin xloroplastlarında su və karbon dioksidlə qlükoza sintez olunur. Bunun nəticəsində oksigen atmosferə buraxılır. Ekosistemin enerji dövriyyəsinin təməlini təşkil edir.
Əsas piqment xlorofil a və xlorofil b-dir. Xlorofil a mavi-çəhrayı və narıncı-yaşıl spektri udur. Xlorofil b işığı daha geniş dalğa uzunluğunda əhatə edir. Karotinoidlər isə yan piqment kimi ultrabənövşəyi şüalardan müdafiə edir.
Işıq fazası tilakoid membranlarında baş verir. Su molekulları parçalanaraq oksigen və protonlar əmələ gəlir. Elde olunan enerji ATP sintezində istifadə olunur. NADP⁺ isə NADPH-a qədər reduksiya olunur.
Qaranlıq fazası stromada baş verir və işıqdan asılı deyil. Calvin dövründə karbon dioksid RuBisCO fermenti ilə RuBP-ə birləşir. Sonrakı reaksiyalarda ATP və NADPH istifadə edilərək qlükoza sintez olunur. RuBP regenerasiyası dövrü tamamlayır.
Yüksək işıq intensivliyi, optimal temperatur (20–30°C), kifayət qədər su və karbon dioksid zəruridir. Aşağı işıq və temperatur ferment aktivliyini azaldır. Su çatışmazlığı stomaların qapanmasına səbəb olur. Bu, qaz mübadiləsini məhdudlaşdırır.
C3 bitkiləri Calvin dövrünü birbaşa yerinə yetirir. C4 bitkiləri ilkin karbon qəbulu üçün oksaloasetat formalaşdırır. CAM bitkiləri stomalarını gecə açaraq CO₂ yığırlar. Hər üç mexanizm fərqli şərtlərdə fotosintez effektivliyini artırır.
Fotosintez qlükozanı qida zəncirinə daxil edir. Atmosferə oksigen buraxaraq nəfəs almanı təmin edir. Karbon dövriyyəsini tənzimləyir. Ekosistem enerji balansını qoruyur.
Deforestasiya bitki örtüyünü azaldır və fotosintez səviyyəsini aşağı salır. Karbon emissiyaları iqlim dəyişikliyinə səbəb olur. Temperatur və yağıntı rejiminin dəyişməsi bitkilərin böyüməsinə maneçilik törədir. Bu da qida təhlükəsizliyinə təsir edir.
Süni fotosintez günəş işığını kimyəvi yanacağa çevirən texnologiyadır. Xloroplast funksiyalarını biomimetika üsulları ilə təqlid edir. Hədəf ətraf mühiti çirkləndirməyən yanacaq istehsal etməkdir. Hələ eksperimental mərhələdə olmasına baxmayaraq perspektivlidir.
Fotosintez dünya iqlim sistemini tənzimləyir və qida təhlükəsizliyini formalaşdırır. Bu prosesi başa düşməklə karbon emissiyalarını azaltmaq və bərpa olunan enerji texnologiyaları yaratmaq mümkündür. Bitkilərin adaptasiya mexanizmlərini öyrənmək kənd təsərrüfatını optimallaşdırır. Elm və innovasiya üçün yeni tətbiq sahələri açır.
