Kırmızı Renkli Klorofil Olur mu?
Deneyler köşesinin bu projesinde bitkilerin yapısında bulunan klorofilin kırmızı görünmesini sağlayan floresans özelliğini keşfediyoruz.
Bitkilerin yeşil olmasının sebebi içerdikleri klorofil pigmentidir. Klorofil molekülleri ışığı soğurarak güneş enerjisinin fotosentez süreciyle kimyasal enerjiye dönüşmesine aracılık eder. Peki, klorofil pigmentinin morötesi ışık altındayken kırmızı ışık yaydığını biliyor muydunuz?
Deneyler köşesinin bu projesinde bitkilerin yapısında bulunan klorofilin kırmızı görünmesini sağlayan floresans özelliğini keşfediyoruz.
Bilmekte Fayda Var!
Bitkiler ve algler fotosentez süreci ile karbondioksit ve suyu besin maddelerine dönüştürür. Yani fotosentez güneş enerjisinin kimyasal enerjiye dönüştürüldüğü bir süreçtir. Bu nedenle fotosentezin ilk anahtar adımı, ışığın verimli bir şekilde soğurulmasıdır. Klorofil, fotosentez yapan canlılarda güneş ışığını soğuran moleküldür.
Işık klorofil molekülü tarafından soğurulduktan sonra gerçekleşmesi muhtemel iki senaryo var: Molekül sahip olduğu fazladan enerjiyi yeniden ışık olarak yayabilir ya da bu enerji çeşitli süreçlerle başka tür enerjilere dönüştürülebilir.
Işık bitkiler ya da algler tarafından soğurulduğunda ise klorofil molekülündeki bir elektron yüksek enerji seviyesine geçer yani uyarılır. Uyarılan bu elektron eski enerji seviyesine dönerken enerjisini kimyasal tepkimelere aktarabilir ve besin maddelerinin üretimiyle sonuçlanan fotosentez tepkimelerini tetikleyebilir. Böylece soğrulan ışık enerjisi kimyasal enerjiye dönüşebilir.
Uyarılan elektron tekrar ışık yayarak da temel seviyeye dönebilir. Bu olay floresans olarak isimlendirilir. Klorofil molekülü floresans sırasında 685–690 nanometre (kırmızı) ve 730–740 nanometre (yakın kızılötesi) dalga boyu aralıklarında ışık yayar.
Soğurulan ışık enerjisi, ısı şeklinde de yayılabilir.
Bu ihtimallerden hangisinin gerçekleşeceği ortam koşullarına ve ışık şiddetine bağlıdır.
Klorofil molekülünün floresans miktarı ölçülerek bitkilerde ve alglerde fotosentez verimi belirlenebilir. Bilim insanları farklı molekülleri tespit etmek için floresans özelliğinden yararlanır. Örneğin DNA molekülü, floresan boyalarla işaretlenerek morötesi ışık altında görüntülenebilir.
Bu etkinliğimizde ıspanak yapraklarındaki klorofili ayırarak, klorofil moleküllerinin ışıkla nasıl etkileştiğini ve bu etkileşim sonucunda oluşan renkleri inceliyoruz.
Nelere İhtiyacımız Var?
· Ispanak yaprağı
· İzopropil alkol ya da etil alkol
· Süzgeç kâğıdı
· Su bardağı
· Çay bardağı
· Kaşık
· Bıçak
· UV ışık kaynağı
Ne Yapıyoruz?
Ne Oldu?
Ispanak yapraklarını keserek hücrelerini parçaladık. Böylece hücrelerdeki klorofil molekülünün hücre dışına çıkmasını sağladık. Klorofil, yaprak parçalarının içine eklediğimiz izopropil alkolde çözündü. Bu da klorofil moleküllerinin hücre dışına çıkmasını kolaylaştırdı.
Etkinliğimizde çözeltiyi aydınlık bir ortamda gözlemlediğimizde yeşil olarak gördük. Bu durumu şu şekilde açıklayabiliriz: Klorofil molekülleri üzerlerine düşen görünür dalga boyundaki ışınlardan kırmızı ve mavi ışığı daha çok soğururken diğer renkleri geri yansıtır. Klorofil moleküllerinin yeşil görünmesinin nedeni, beyaz ışığın insan gözü tarafından algılanan tüm renkleri içermesidir. Beyaz ışığı oluşturan ana renkler kırmızı, yeşil ve mavidir. Kolorofil molekülleri çoğunlukla kırmızı ve mavi ışığı soğurup yeşil ve dalga boyu yeşile yakın olan açık mavi ve sarıyı ise geri yansıtır. Dolayısıyla beyaz ışıktan kırmızı ve mavinin tonları çıkarıldığında geriye sarı, açık mavi ve yeşil tonları kalır ve insan gözü bu renklerin karışımını yeşil olarak algılar.
Aynı deney morötesi bir ışık kaynağı ile tekrarlandığında ise klorofil molekülleri kırmızı görünmeye başlıyor. Çünkü klorofil molekülleri floresans yapıyor yani ışık kaynağından üzerlerine gelen kırmızı renkli ışınları önce soğurup sonra yeniden yayıyorlar. Böylece gözümüze sadece kırmızı dalga boyundaki ışınlar ulaşıyor.
Klorofil molekülleri morötesi dalga boyundaki yüksek enerjili ışınları soğurduğunda elektron uyarılarak daha yüksek enerji seviyesine geçer. Ancak bu durumda elektronun uyarıldığı enerji seviyesi, kırmızı dalga boyundaki ışınlar soğurulduğunda uyarılan enerji seviyesinden daha kararsızdır. Bu nedenle uyarılmış elektron çok kısa sürede floresans yaparak normal enerji seviyesine döner. Bu kadar kısa sürede fotosentezin gerçekleşmesini sağlayan tepkimeleri ise tetikleyemez.
Kaynaklar:
- Mohammed, G. H. ve ark., “Remote sensing of solar-induced chlorophyll fluorescence (SIF) in vegetation: 50 years of progress”, Remote Sensing of Environment, Cilt 231, Makale no: 111177, 2019.
- Tüzün, C., Biyokimya, Palme Yayınevi, 2002.
- https://edu.rsc.org/resources/chlorophyll-fluorescence/1286.article?adredir=1
- https://www.biophysics.org/Portals/0/BPSAssets/Education/Documents/LessonPlanFluorescence.pdf?ver=2017-11-10-101942-220
- https://bilimteknik.tubitak.gov.tr/sites/default/files/posterler/btd_agustos_54x80_poster_-_c0.pdf
- https://www.newscientist.com/article/2101753-fluorescent-jellyfish-proteins-light-up-unconventional-laser/
- https://www.britannica.com/science/color/The-visible-spectrum
- https://science.howstuffworks.com/primary-colors.htm
Yazar Hakkında:
