Bitkilerin dışarıdan aldıkları karbondioksit ve suyu güneş ışığı varlığında besin (glikoz) ve oksijene dönüştürmesine “fotosentez” denir. Peki bir anlığına bitkilerin olmadığını ya da yok olduğunu düşünsek fotosentezin devam edebileceğini hayal edebilir miyiz?

Bitkiler fotosentez sayesinde oluşturdukları glikozu nişastaya dönüştürerek enerji depolaması yaparlar. Glikoz, karbonhidratların yapı taşı olarak bilinen 6 karbonlu bir şeker türüdür. Yunancada tatlı anlamına gelen glikoz üzüm şekeri ya da kan şekeri olarak da isimlendirilir. İnsan vücudunda glikojene dönüştürülerek depolanırken, bitkilerde çok az su içeren nişastaya dönüştürülerek depolanır. Nişasta, glikoz moleküllerinin bir araya gelerek su açığa çıkarmasıyla sentezlenir. Nişasta bitkinin güneş ışığı görmeyen (yumru veya kök) kısımlarında bulunan lökoplast adı verilen organelde sentezlenir. Böylece bitkinin güneş alan kısımlarında başlayan fotosentezle güneş görmeyen kısımlarında nişasta birikimi ile bitkinin enerji ihtiyacı son bulur. Tahılların ana bileşeni olan nişasta aynı zamanda önemli bir endüstriyel hammadde kaynağıdır. Tam da bu sebeple hem gıda sektörünün hem de endüstriyel sektörün ihtiyacı bitkiler tarafından karşılanmaktadır. Bu durum henüz tehlike olarak görülmese de yakın gelecekte dünyada kıtlık ve kuraklık tahmin edildiği için bazı sıkıntılar ortaya çıkaracaktır. Gıda kaynaklarının tüketiminin başka alanlara kaydırılmaması için bilim insanları her geçen gün araştırmalar yaparak bu duruma önlem olabilecek ya da alternatif olabilecek yöntemler geliştirmektedir.

Yapay Fotosentez ile Nişasta Sentezi

Bunun bir örneği ise yaklaşık iki hafta önce dünyanın en popüler akademik dergisi Science, Çin Bilimler Akademisi'nin (CAS) bir araştırma enstitüsü tarafından yapılan yapay nişasta sentezinde büyük bir gelişme kat etti. Dünyada ilk defa bitkiler kullanılmadan karbondioksitten nişasta sentezi başarıyla sonuçlandı. Tianjin Endüstriyel Biyoloji Enstitüsü (TIB) tarafından geliştirilen 11 basamaklı yapay fotosentez reaksiyonları sayesinde karbondioksitten nişasta sentezlenebildi. Normalde nişastanın tahıllardan sentezlenmesi, yaklaşık 60 biyokimyasal reaksiyonun yanı sıra karmaşık fizyolojik düzenlemeyi içerir. Bu işlemin teorik enerji dönüşüm verimliliği ise yaklaşık %2'dir. Bu nedenle hem verimi artırmak hem de işlem basamaklarını kısaltarak daha kısa zamanda nişasta eldesi yapmak bu yapay sentezlenme (Artificial Starch Anabolic Pathways, ASAP) sayesinde daha avantajlı görünüyor. Tianjin Endüstriyel Biyoloji Enstitüsü (TIB) direktörü ve makalenin ilgili yazarlarından Ma Yanhe, karbondioksitin nişastaya dönüştürülebilen metanole indirgenebileceğini belirterek: "Bu aynı zamanda nişastanın gelecekte bira üretimine benzer bir işlemle karbondioksitten yapılabileceği anlamına geliyor" dedi. Ayrıca ön laboratuvar testleri, sentetik nişastanın geleneksel tarımla üretilen nişastadan yaklaşık 8,5 kat daha verimli olduğunu gösteriyor. Bilim insanları bu çalışmanın gelecekteki tarımsal üretim ve biyoüretim üzerinde devrim niteliğinde bir etkisi olacağına inanıyor.