Işık, elektromanyetik enerji olarak bilinen bir enerji biçimidir. Ayrıca elektromanyetik radyasyon olarak ta isimlendirilir.
Elektromanyetik enerji, bir su birikintisine düşen çakıl taşının yarattığı dalgalara eş şekilde ritmik dalgalar halinde yayılır.
Elektromanyetik dalgaların oluşturduğu iki tepe noktası arasındaki mesafeye ışığın dalga boyu denir.
Işığın dalga boyu, bir nanometreden küçük olabileceği gibi bir kilometreden büyük te olabilir.
Elektromanyetik spektrumun yaşam için çok önemli olan kısmı, yaklaşık 380 ile 750 nanometre arasında dalga boyuna sahip olan bölgesidir.
Bu bölge, insan gözü tarafından ayırt edilebildiği için görünür ışık olarak adlandırılır.
Dalga yapısındaki ışık modeli, ışığın birçok özelliğini açıklar.
Ancak belli yönlerden ışık, birbirinden ayrı parçacıklardan oluşmuş gibi davranır.
Bu parçacıklara foton denir.
Enerji miktarı ışığın dalga boyu ile ters orantılıdır.
Işığın dalga boyu azaldıkça, ışığın sahip olduğu fotonun enerjisi artar.
Bu nedenle mor ışığın fotonunun enerjisi, kırmızı ışığın sahip olduğu enerjinin yaklaşık iki katıdır.
Güneş, elektromanyetik enerjinin tüm spektrumunu yaymasına karşın, atmosfer görünür ışığı geçirirken diğer ışınların önemli bir bölümünü süzer.
Fotosentezde, spektrumun gözle görünebilir kısmı, yani görünür ışık kullanılmaktadır.
Işık, bir maddeyle karşılaştığında
ü madde tarafından yansıtılabilir
ü maddenin içinden geçebilir veya
ü madde tarafından emilir ( absorblanabilir )
Görünür ışığı absorblayan maddeler pigment olarak adlandırılır.
Klorofil, kırmızı ve mavi ışığı absorblayıp yeşil ışığı ise yansıttığından yapraklar yeşil renkte görülmektedir.
Fotosentezde asıl iş gören dalga boyları yansıtılanlar değil emilenler olduğu için fotosentez en az yeşil ışık altında gerçekleşmektedir.
Bir pigmentin, çeşitli dalga boylarındaki ışığı absorblama yeteneği spektrofotometre denen bir cihazla ölçülebilir.
Bu cihaz, farklı dalga boylarındaki ışık demetlerini bir pigment çözeltisine yönlendirerek her bir dalga boyunda geçirilen ışık grubunu ölçer.
Bir pigmentin absorblayabildiği dalga boylarındaki ışığı gösteren grafik absorbsiyon spektrumu olarak adlandırılır.
Kloroplasttaki pigmentlerin absorbsiyon spektrumları, farklı dalga boylarının fotosentezin sürdürülmesinde farklı dalga boylarının oransal etkisine dair ipuçları verir.
Çünkü ışık, ancak kloroplast tarafından absorblanınca iş görebilir.
Klorofil – a ve b’nin absorbsiyon spektrumu incelenecek olursa, mavi ve kırmızı ışığın fotosentezde en etkili oldukları buna karşılık yeşilin etkisinin en az olduğu görülür.
Bu durum, fotosentezin etkin spektrumu tarafından doğrulanmaktadır.
Fotosentezin etkin spektrumu, Alman botanikçi Theodore ENGELMANN tarafından 1883 yılında yapılan deneyle gösterilmiştir.
ENGELMANN, deneyinde ipliksi bir alg türü ve oksijen seven bakterileri kullanmıştır.
ENGELMANN, kullandığı ipliksi algi prizmadan geçirilmiş ışıkla ışıklandırmış, bu şekilde algin farklı bölümlerini farklı dalga boyundaki ışığa maruz bırakmıştır.
Parçaların hangisinden en fazla O2 çıktığını belirlemek için oksijen kaynağı yakınında yoğunlaşan aerobik bakterileri kullanmıştır.
Bakteriler, kırmızı ve mavi ışık ile ışıklandırılmış alg parçalarının çevresinde en büyük sayıda toplanmıştır.
Bakterilerin toplandığı bölgeler, kloroplastın ışığın farklı dalga boylarını soğurabilme yeteneği ile örtüşmektedir.
Kloroplastlarda klorofil – a ( C55H72O5N4Mg ), klorofil – b ( C55H70O6N4Mg ) ve diğer karotenoidler ( yeşil renk dışında diğer renkleri veren pigmentler ) bulunmaktadır.
Karotenoidler, klorofil a ve b tarafından soğurulamayan dalga boylarındaki ışığı soğurup enerjisini klorofillere aktarmak suretiyle bu dalga boylarındaki ışığın enerjisini fotosentezde kullanılabilir hale getirirken bir yandan da klorofillerin ışık ve oksijen karşısında parçalanmasını önlerler.
Klorofilin ışık tarafından etkinleştirilmesi
Bir molekül, bir foton absorblayınca molekülün elektronlarından biri potansiyel enerjinin daha yüksek olduğu bir yörüngeye yükselir.
Elektron, normal yörüngesindeyken, pigment molekülünün temel durumda olduğu varsayılır.
Bir fotonun absorbsiyonu sonucunda elektronun daha yüksek enerjili seviyeye çıkmasıyla klorofil uyarılmış olur.
Pigmentler tarafından sadece elektronun mevcut yörüngesi ile uyarılmış halde yükseleceği yörüngesi arasındaki fark kadar enerjiye sahip olan fotonlar soğurulur.
Bu da demek olur ki, her pigmentin soğuracağı ışık farklı dalga boyundadır.
İzole edilmiş bir pigmentin foton enerjisini soğurması sonucu uyarılmasıyla üst enerji seviyesine yükselen elektron, normal seviyesine dönerken iki yörünge arasındaki enerji farkını ısı ve ışık olarak ortama salar.
Hücrede bulunan kloroplastlarda ışığın soğurulmasıyla enerjisi yükselen elektron, başlangıçtaki enerji seviyesine dönemeden farklı moleküller tarafından tutulur.
Bu şekilde ışık enerjisi fotosentezde kullanılabilecek hale dönüştürülmeye başlanmış olur.
Tilakoid zarın doğal ortamında klorofil, proteinler ve daha küçük diğer organik moleküllerle birlikte fotosistem ler şeklinde düzenlenmiştir.
Bir fotosistem, birkaç yüz adet klorofil – a, klorofil – b ve karotenoid molekülü içeren ve ışık toplayan bir anten kompleksi ne sahiptir.
Herhangi bir anten molekülü tarafından soğurulan enerji, reaksiyon merkezindeki klorofil – a molekülüne ulaşana kadar bir molekülden diğerine aktarılır.
Reaksiyon merkezi, fotosentezde ışık tarafından gerçekleştirilen ilk kimyasal reaksiyonun oluştuğu yerdir.
Tilakoid zarda, fotosentezin ışık reaksiyonlarında işbirliği yapan ve keşfedilme sıralarına göre adlandırılan fotosistem I ve fotosistem II olmak üzere 2 tip fotosistem yerleşmiştir.
Fotosistem I ve fotosistem II ‘nin her ikisinde de kendine has bir reaksiyon merkezi vardır.
Reaksiyon merkezlerinin her ikisinde de çeşitli proteinlerle birlikte klorofil – a molekülü bulunmaktadır.
Reaksiyon merkezlerindeki proteinlerin farklı olması bu fotosistemlerin farklı dalga boylarındaki ışıkla uyarılmalarının altında yatan sebeptir.
Fotosistem I dalga boyu 700 nanometre olan ışığı en iyi şekilde absorbe edebildiğinden buradaki klorofil P700, fotosistem II ise dalga boyu 680 nanometre olan ışığı en iyi şekilde absorbe edebildiğinden buradaki klorofil de P680 olarak adlandırılır.
Fotosistem I ve fotosistem II’den ışık etkisiyle fırlatılan elektronların akışıyla fotosentezin ışık reaksiyonları safhası başlamış olur.