Kloroplast Nedir? Yapısı, Bulunduğu Hücreler ve Fotosentezdeki Görevi

Kloroplastın tanımı ve temel görevi

Kloroplast, fotosentezi gerçekleştiren bitki hücresi organelidir. Fotosentez sırasında karbondioksit, su ve ışık enerjisi kullanılır; süreç sonucunda oksijen açığa çıkar ve glikoz gibi enerji içeren şekerlerin üretilebilmesini sağlayan maddeler oluşur. Bu nedenle kloroplast, bitkinin kendi besinini üretmesinde görev alan temel hücresel yapılardan biridir. Hayvanlar besinlerini dışarıdan almak zorundayken bitkiler, kloroplastlarındaki fotosentez sayesinde şeker üretebilir.

Kloroplastın bu görevi yerine getirmesinde klorofil adlı yeşil pigment önemli rol oynar. Klorofil ışık enerjisini yakalar ve bu enerjinin fotosentez tepkimelerinde kullanılmasına yardım eder. Kloroplastın içindeki zar sistemleri, ışık enerjisinin yakalanması için uygun yüzey oluştururken; sıvı bölüm olan stroma, karbon içeren maddelerden şeker üretimine uygun ortam sağlar. Böylece ışık yalnızca kloroplastın içine ulaşmış olmaz; yakalanan enerji, bitkinin kullanabileceği kimyasal enerji içeren organik maddelerin yapımında değerlendirilir.

Örneğin yeşil bir yaprağın hücrelerindeki kloroplastlar, ışıklı ortamda karbondioksit ve suyun kullanılmasına, şeker üretilmesine ve oksijenin açığa çıkmasına katkı verir. Üretilen şekerler bitkinin enerji ihtiyacında kullanılabilir veya başka şekerlere dönüştürülebilir. Kloroplastın yeşil görünmesinin temel nedeni de ışığı yakalayan klorofil pigmentidir.

Kloroplastın bulunduğu hücreler

Kloroplastlar başta bitki hücrelerinde ve fotosentez yapan alg hücrelerinde bulunur. Bitkilerde özellikle yaprağın fotosentez yapan mezofil tabakasındaki hücreler kloroplast içerir. Bu hücreler ışığa ulaşabildiği ve yaprak içindeki gaz alışverişinden yararlanabildiği için fotosentez açısından elverişlidir. Hayvan hücrelerinde ise kloroplast bulunmaz; bu nedenle hayvan hücreleri kloroplast aracılığıyla fotosentez yapamaz.

Kloroplastın temel yapısı

Kloroplast, dış zar ve iç zardan oluşan çift zarlı bir organeldir. Bu iki zar, kloroplastın iç ortamını hücrenin geri kalanından ayırarak fotosentezle ilgili yapıların belirli bir bölme içinde çalışmasını sağlar. İç zarın çevrelediği bölümde stroma adı verilen sıvı bir kısım ve tilakoit adı verilen zarlı keseciklerden oluşan bir sistem bulunur.

Tilakoitler çoğunlukla disk biçimindedir ve üst üste dizildiklerinde granum adı verilen yığınları oluşturur. Bir kloroplastta grana birbirleriyle bağlantılı tilakoitlerden oluşan bir ağ meydana getirebilir. Tilakoit zarlarının içinde tilakoit boşluğu bulunur. Tilakoit zarında klorofil ve fotosentezde görev alan çeşitli proteinler yer aldığı için bu zarlar ışık enerjisinin yakalanmasına uygun bir yüzey sağlar. Granalardaki çok sayıda tilakoit, ışığı yakalayan yapıların düzenlenmesine ve ilgili tepkimelerin zar üzerinde yürütülmesine olanak tanır.

İç zarın çevrelediği, grana ile tilakoitlerin dışında kalan sıvı bölüm stromadır. Stroma, fotosentezde karbon içeren maddelerin şeker üretimine doğru işlenmesiyle ilgili tepkimelerin gerçekleştiği ortamdır. Bu nedenle kloroplastın yapısı rastgele bir kesecik düzeni değildir: tilakoit zarları ışıkla ilişkili işlevler için, stroma ise şeker üretimiyle ilişkili işlevler için farklı çalışma alanları oluşturur.

Kloroplastların kendi DNA’sı ve ribozomları da bulunur; ancak kloroplast DNA’sının genetik işleyişi ayrı bir konudur. Kloroplastların kökenini açıklayan endosimbiyoz görüşü ise bu organellerin geçmişte bir hücre içinde yaşayan fotosentetik bakterilerle ilişkili olarak ortaya çıkmış olabileceğini ileri sürer.

Kloroplast bölümleri ile fotosentez görevleri arasındaki ilişki

Kloroplastın bölümleri, fotosentezin farklı aşamalarına uygun görev paylaşımı yapar. Tilakoit zarları ışığı yakalayan klorofil pigmentini ve fotosentezde görev alan proteinleri taşır. Bu nedenle ışık enerjisinin yakalanmasıyla başlayan ışığa bağlı tepkimeler tilakoit zarında gerçekleşir. Tilakoitlerin üst üste dizilerek grana oluşturması, bu işlevsel zarların kloroplast içinde düzenli ve geniş bir sistem hâlinde bulunmasını sağlar.

Stroma ise iç zarın çevrelediği sıvı ortamdır. Fotosentez sırasında ışık enerjisinden yararlanılarak elde edilen enerji, karbondioksitten gelen karbonun organik madde yapısına katılmasında kullanılır. Şeker senteziyle ilişkili tepkimeler stromada gerçekleşir. Böylece tilakoit zarı ışık enerjisinin yakalanmasıyla, stroma ise karbon içeren maddelerin şeker üretimine dönüştürülmesiyle ilişkilidir.

Örneğin bir yaprak hücresindeki kloroplastta ışık önce klorofilin bulunduğu tilakoit zarlarıyla etkileşir. Daha sonra bu süreçte kullanılabilir hâle gelen enerji, stromadaki şeker üretimiyle ilgili tepkimelere aktarılır. Bu durum, kloroplastın bölümlerinin birbirinden bağımsız çalışmadığını; tilakoit sisteminin ve stromanın fotosentez içinde birbirini tamamladığını gösterir. Karbonun organik maddeye dönüştürülmesiyle ilgili tepkimelerin ayrıntıları Calvin döngüsü başlığında ele alınır.

Kloroplastın fotosentezdeki genel işleyişi

Kloroplast, fotosentez sırasında ışık enerjisini kullanarak karbondioksit ve suyu enerji içeren organik maddelerin üretiminde değerlendirir. Işık enerjisi klorofil tarafından yakalanır; kloroplastın tilakoit sistemi bu enerjinin fotosentez sürecine aktarılmasına yardım eder. Ardından stromada gerçekleşen tepkimelerle karbon içeren maddeler şekerlerin yapımında kullanılır. Sürecin önemli ürünleri arasında glikoz gibi enerji içeren şekerler ve yan ürün olarak açığa çıkan oksijen bulunur.

Fotosentezin genel denklemi, sürecin temel girdilerini ve ürünlerini özetler: karbondioksit + su + ışık enerjisi → glikoz + oksijen. Gerçekte bu dönüşüm tek basamakta değil, ara ürünlerin yer aldığı çok sayıda basamakta gerçekleşir. Glikoz, daha küçük karbonlu ürünlerin bir araya gelmesiyle oluşur.