Fotosintēzes īpašību, mehānisma un produktu tumšā fāze



The fotosintēzes tumšā fāze ir bioķīmiskais process, kurā organiskās vielas (uz oglekļa bāzes) iegūtas no neorganiskām vielām. To sauc arī par oglekļa fiksācijas fāzi vai Calvin-Benson ciklu. Šis process notiek hloroplasta stromā.

Tumšajā fāzē ķīmisko enerģiju piegādā gaismas fāzē radītie produkti. Šie produkti ir enerģijas molekulas ATP (adenozīna trifosfāts) un NADPH (samazināts elektronu nesējs)..

Galvenā izejviela procesā tumšajā fāzē ir ogleklis, kas iegūts no oglekļa dioksīda. Gala produkts ir vienkārši ogļhidrāti vai cukuri. Šie iegūtie oglekļa savienojumi ir dzīvo būtņu organisko struktūru pamats.

Indekss

  • 1 Vispārīgi raksturlielumi
  • 2 mehānismi
    • 2.1 Calvina-Bensona cikls
    • 2.2. Citi fotosintētiskie metabolismi
  • 3 Galaprodukti
  • 4 Atsauces

Vispārīgās īpašības

Šo fotosintēzes fāzi sauc par tumšu, jo tas neprasa tiešu saules gaismas līdzdalību tās attīstībā. Šis cikls notiek dienas laikā.

Tumšā fāze lielākoties attīstās hloroplasta stromā vairumā fotosintētisko organismu. Stroma ir matrica, kas aizpilda hloroplasta iekšējo dobumu ap thylakoid sistēmu (kur tiek veikta gaismas fāze).

Tādi fakti, kas nepieciešami tumšajai fāzei, ir atrodami stromā. Svarīgākie no šiem fermentiem ir rubisco (ribulozes bisfosfāta karboksilāzes / oksigenāzes), kas ir visbiežāk sastopamais proteīns, kas veido 20 līdz 40% no visiem esošajiem šķīstošajiem proteīniem..

Mehānismi

Procesam vajadzīgais ogleklis ir CO formā2 (oglekļa dioksīds). Attiecībā uz aļģēm un cianobaktērijām CO2 to izšķīdina ūdenī, kas tos ieskauj. Attiecībā uz augiem CO2 nonāk fotosintētiskās šūnās, izmantojot stomata (epidermas šūnas).

-Calvin-Benson cikls

Šim ciklam ir vairākas reakcijas:

Sākotnējā reakcija

CO2 tas ir fiksēts piecu oglekļa akceptora savienojumā (ribulozes 1,5-bisfosfāts vai RuBP). Šo procesu katalizē rubisco enzīms. Iegūtais savienojums ir sešu oglekļa molekulu. Tas ātri saplīst un veido divus savienojumus ar trim oglekļa atomu (3-fosficerātu vai 3PG)..

Otrais process

Šajās reakcijās tiek izmantota enerģija, ko ATP nodrošina no gaismas fāzes. Fosforilāciju izraisa ATP enerģija un NADPH izraisītais reducēšanās process. Tādējādi 3-fosficerāts tiek reducēts uz gliceraldehīda 3-fosfātu (G3P)..

G3P ir trīs oglekļa fosfāts, ko sauc arī par triozes fosfātu. Tikai viena sestā daļa gliceraldehīda 3-fosfāta (G3P) tiek pārvērsta cukuros kā cikla produkts.

Šo fotosintētisko vielmaiņu sauc par C3, jo pamata produkts ir trīs oglekļa cukurs.

Galīgais process

G3P daļas, kas nav pārveidotas par cukuru, apstrādā, veidojot ribulozes monofosfātu (RuMP). RuMP ir starpprodukts, kas tiek pārveidots par 1,5-bisfosfātu (RuBP). Tādā veidā atgūst CO akceptoru2 un Kelvina-Bensona cikls aizveras.

No kopējā RuBP, kas saražots ciklā tipiskā lapā, tikai viena trešdaļa kļūst par cieti. Šo polisaharīdu uzglabā hloroplastā kā glikozes avotu.

Vēl viena daļa tiek pārveidota par saharozi (disaharīdu) un transportēta uz citiem augu orgāniem. Pēc tam saharoze tiek hidrolizēta, veidojot monosaharīdus (glikozi un fruktozi)..

-Citi fotosintētiskie metabolismi

Īpašos vides apstākļos augu fotosintētiskais process ir attīstījies un kļuvis efektīvāks. Tas ir radījis dažādus vielmaiņas ceļus, lai iegūtu cukurus.

Metabolisms C4

Siltā vidē lapas stomata dienas laikā tiek aizvērtas, lai izvairītos no ūdens tvaiku zuduma. Tāpēc CO koncentrācija2 lapās samazinās attiecībā pret skābekli (O2). Rubisco fermentam ir dubultā substrāta afinitāte: CO2 un O2.

Zema CO koncentrācija2 un O augstumi2, rubisco katalizē O kondensāciju2. Šo procesu sauc par fotospirāciju un samazina fotosintēzes efektivitāti. Lai novērstu fotorezultāciju, daži tropu vidē esošie augi ir izveidojuši īpašu fotosintētisko anatomiju un fizioloģiju..

C4 vielmaiņas laikā ogleklis ir fiksēts mezofila šūnās, un Calvin-Benson cikls notiek hlorofilīna apvalka šūnās. CO fiksācija2 Tas notiek naktī. Tas nenotiek hloroplasta stromā, bet mezofīlo šūnu citozolā.

CO fiksācija2 notiek ar karboksilēšanas reakciju. Enzīmu, kas katalizē reakciju, ir fosoenolpiruvāta karboksilāze (PEP-karboksilāze), kas nav jutīga pret zemām CO koncentrācijām.2 šūnā.

CO akceptora molekula2 Tas ir fosfololīnskābes skābe (PEPA). Iegūtais starpprodukts ir oksaloetiķskābe vai oksaloacetāts. Dažās augu sugās oksaloacetāts tiek samazināts līdz malātam, bet citās - aspartātam (aminoskābei).

Pēc tam malāts tiek pārnests uz asinsvadu fotosintēzes apvalka šūnām. Šeit tas tiek dekarboksilēts un tiek ražots piruvāts un CO2.

CO2 iekļūst Calvin-Benson ciklā un reaģē ar Rubisco, lai izveidotu PGA. Savukārt piruvāts atgriežas mezofila šūnās, kur tas reaģē ar ATP, lai atjaunotu oglekļa dioksīda akceptoru..

CAM vielmaiņa

Crasuláceas skābes vielmaiņa (CAM tās akronīms angļu valodā) ir vēl viena stratēģija CO \ t2. Šis mehānisms ir attīstījies patstāvīgi dažādās sulīgu augu grupās.

CAM augi izmanto gan C3, gan C4 ceļu, tāpat kā C4 augos. Bet abu metabolismu atdalīšana ir īslaicīga.

CO2 to nosaka naktī ar PEP-karboksilāzes aktivitāti citosolā un veidojas oksaloacetāts. Oksaloacetāts tiek samazināts līdz malātam, ko vakuumā uzglabā kā ābolskābi.

Pēc tam, ja ir viegls, ābolskābe tiek iegūta no vakuola. Tas ir dekarboksilēts un CO2 tiek pārvietots uz Calvin-Benson cikla RuBP tajā pašā kamerā.

CAM augiem ir fotosintētiskas šūnas ar lielām vakuolām, kur tiek uzglabāta ābolskābe, un hloroplastiem, kur CO2 iegūts no ābolskābes, tiek pārveidots par ogļhidrātiem.

Galaprodukti

Fotosintēzes tumšās fāzes beigās tiek ražoti dažādi cukuri. Saharoze ir starpprodukts, kas ātri tiek mobilizēts no lapām uz citām augu daļām. To var izmantot tieši, lai iegūtu glikozi.

Ciete tiek izmantota kā rezerves viela. Tas var uzkrāties uz lapām vai tikt transportēts uz citiem orgāniem, piemēram, kātiem un saknēm. Tur tas tiek uzturēts, līdz tas ir nepieciešams dažādās iekārtas daļās. To uzglabā īpašos plastīdos, ko sauc par amiloplastiem.

Produkti, kas iegūti no šī bioķīmiskā cikla, ir būtiski augiem. Izgatavoto glikozi izmanto kā oglekļa avotu, lai iegūtu tādus savienojumus kā aminoskābes, lipīdi, nukleīnskābes.

No otras puses, radītās tumšās fāzes cukura produkts ir pārtikas ķēdes pamats. Šie savienojumi ir saules enerģijas iepakojumi, kas pārveidoti par ķīmisku enerģiju, ko izmanto visi dzīvie organismi.

Atsauces

  1. Alberts B, Bray D, Lewis J, Raff M, Roberts K un JD Watson (1993) Šūnas molekulārā bioloģija. 3. Ed. Ediciones Omega, S.A. 1387 lpp.
  2. Purves WK, D Sadava, GH Orians un HC Heller (2003) Dzīve. Bioloģijas zinātne. 6. Edt. Sinauer Associates, Inc. un WH Freeman and Company. 1044 lpp.
  3. Raven PH, RF Evert un SE Eichhorn (1999) Augu bioloģija. 6. Edt. WH Freeman un Company Worth Publishers. 944 lpp.
  4. Zālamana EP, LR Bergs un DW Martin (2001) Bioloģija. McGraw-Hill Interamericana 5. izdevums. 1237 lpp.
  5. Stern KR. (1997). Ievada augu bioloģija. Wm. C. Brown Publishers. 570 lpp.