Temna faza lastnosti fotosinteze, mehanizem in izdelki



The temna faza fotosinteze je biokemični proces, pri katerem se organske snovi (na osnovi ogljika) pridobivajo iz anorganskih snovi. Znana je tudi kot faza fiksiranja ogljika ali cikel Calvin-Benson. Ta proces poteka v stromi kloroplasta.

V temni fazi se kemična energija dobavlja z izdelki, ki nastanejo v lahki fazi. Ti izdelki so energijske molekule ATP (adenozin trifosfat) in NADPH (nosilec z zmanjšanim elektrona)..

Temeljna surovina za proces v temni fazi je ogljik, ki se pridobiva iz ogljikovega dioksida. Končni proizvod so preprosti ogljikovi hidrati ali sladkorji. Te pridobljene ogljikove spojine so temeljna osnova organskih struktur živih bitij.

Indeks

  • 1 Splošne značilnosti
  • 2 Mehanizmi
    • 2.1 Calvin-Bensonov cikel
    • 2.2 - Drugi fotosintetski metabolizmi
  • 3 Končni izdelki
  • 4 Reference

Splošne značilnosti

Ta faza fotosinteze se imenuje temna, ker ne zahteva neposredne sončne svetlobe za njen razvoj. Ta cikel poteka čez dan.

Temna faza se v večini fotosintetičnih organizmov razvija predvsem v stromi kloroplasta. Stroma je matrika, ki zapolnjuje notranjo votlino kloroplasta okoli tilakoidnega sistema (kjer se izvaja svetlobna faza)..

Encimi, potrebni za nastanek temne faze, se nahajajo v stromi. Najpomembnejši od teh encimov je rubisko (ribuloza bisfosfat karboksilaza / oksigenaza), najbolj bogat protein, ki predstavlja med 20 in 40% vseh obstoječih topnih proteinov.

Mehanizmi

Ogljik, potreben za postopek, je v obliki CO2 (ogljikov dioksid) v okolju. V primeru alg in cianobakterij CO2 raztopi se v vodi, ki jih obdaja. V primeru rastlin CO2 prispeva fotosintetske celice skozi puči (epidermalne celice) \ t.

-Calvin-Bensonov cikel

Ta cikel ima več reakcij:

Začetna reakcija

CO2 fiksiran je v akceptorski spojini s petimi ogljiki (ribuloza 1,5-bisfosfat ali RuBP). Ta proces katalizira encim rubisco. Nastala spojina je molekula s šestimi ogljiki. Hitro se zlomi in oblikuje dve spojini po tri ogljikove atome (3-fosfoglicerat ali 3PG)..

Drugi proces

Pri teh reakcijah se uporablja energija, ki jo zagotavlja ATP iz lahke faze. Fosforilacijo poganja energija ATP in proces redukcije, ki ga posreduje NADPH. Tako se 3-fosfoglicerat reducira v gliceraldehid 3-fosfat (G3P).

G3P je fosfatni sladkor s tremi ogljiki, imenovan tudi trioza fosfat. Samo ena šestina gliceraldehid 3-fosfata (G3P) se kot produkt cikla pretvori v sladkorje.

Ta fotosintetski metabolizem se imenuje C3, ker je osnovni produkt, ki ga dobite, trikotni sladkor.

Končni postopek

Deli G3P, ki se ne pretvarjajo v sladkorje, se predelajo v ribulozni monofosfat (RuMP). RuMP je vmesni proizvod, ki se pretvori v ribulozo 1,5-bisfosfat (RuBP). Na ta način se prevzame akceptor CO2 in krog Kelvin-Benson se zapre.

Od skupnega RuBP, proizvedenega v ciklu v značilnem listu, le ena tretjina postane škrob. Ta polisaharid je shranjen v kloroplastu kot vir glukoze.

Drugi del se pretvori v saharozo (disaharid) in prenese v druge organe rastline. Nato se saharoza hidrolizira, da se tvorijo monosaharidi (glukoza in fruktoza)..

-Drugi fotosintezni metabolizmi

V posebnih okoljskih razmerah se je proces fotosinteze rastlin razvil in postal bolj učinkovit. To je povzročilo nastanek različnih presnovnih poti za pridobitev sladkorjev.

Presnova C4

V toplih okoljih so žreče listov čez dan zaprte, da bi se izognili izgubi vodne pare. Zato je koncentracija CO2 v listih se zmanjša glede na kisik (O2). Rubisco encim ima dvojno afiniteto za substrat: CO2 in O2.

Pri nizkih koncentracijah CO2 in O vzponi2, rubisco katalizira kondenzacijo O2. Ta proces se imenuje fotospiranje in zmanjšuje fotosintetsko učinkovitost. Nekatere rastline v tropskih okoljih so razvile posebno fotosintezno anatomijo in fiziologijo.

Med presnove je C4-ogljik določena v mezofil in pride do Calvin-Benson cikla v celicah pod klorofila. Določitev CO2 To se dogaja ponoči. Ne pojavlja se v stromi kloroplasta, ampak v citosolu mezofilnih celic.

Fiksiranje CO2 Pojavlja z reakcijo karboksilacije. Encim, ki katalizira reakcijo je fosfoenolpiruvat karboksilaza (PEP karboksilaze), ki ni občutljiv na nizkih koncentracijah CO2 v celici.

Molekula akceptorja CO2 To je fosfoenolpiruvična kislina (PEPA). Dobljeni vmesni proizvod je oksaloocetna kislina ali oksaloacetat. Oksaloacetat se pri nekaterih rastlinskih vrstah zniža na malate ali na druge aspartate (aminokisline).

Nato se malat prenese na celice žilnega fotosintetičnega ovoja. Tukaj je dekarboksiliran in nastajajo piruvat in CO2.

CO2 vstopi v cikel Calvin-Benson in reagira z Rubisco, da oblikuje PGA. Piruvat se vrne v mezofilne celice, kjer reagira z ATP, da regenerira akceptor ogljikovega dioksida..

CAM metabolizem

Kislinski metabolizem crasuláceas (CAM v kratici v angleščini) je druga strategija za fiksacijo CO \ t2. Ta mehanizem se je razvil neodvisno v različnih skupinah sočnih rastlin.

Obrati CAM uporabljajo tako C3 kot C4, kot v C4 rastlinah. Toda ločitev obeh metabolizmov je začasna.

CO2 fiksira se ponoči z aktivnostjo PEP-karboksilaze v citosolu in nastane oksaloacetat. Oksaloacetat se reducira na malat, ki ga shranimo v vakuolu kot jabolčno kislino.

Nato v prisotnosti svetlobe iz vakuole pridobimo jabolčno kislino. Dekarboksiliran je in CO2 se prenese na RuBP cikla Calvin-Benson znotraj iste celice.

CAM rastline imajo fotosintetske celice z velikimi vakuoli, kjer je shranjena jabolčna kislina, in kloroplasti, kjer je CO2 pridobljeno iz jabolčne kisline, se pretvori v ogljikove hidrate.

Končni izdelki

Ob koncu temne faze fotosinteze nastanejo različni sladkorji. Saharoza je vmesni proizvod, ki se hitro spusti iz listov v druge dele rastline. Lahko se uporablja neposredno za pridobivanje glukoze.

Škrob se uporablja kot rezervna snov. Lahko se nabira na listih ali pa se prenaša na druge organe, kot so stebla in korenine. Tam se vzdržuje, dokler se ne zahteva v različnih delih rastline. Shranjuje se v posebnih plastidah, imenovanih amiloplasti.

Proizvodi, pridobljeni iz tega biokemičnega cikla, so bistveni za rastlino. Proizvedena glukoza se uporablja kot vir ogljika za pripravo spojin, kot so aminokisline, lipidi, nukleinske kisline.

Po drugi strani pa produkt sladkorjev v temni fazi predstavlja osnovo prehranjevalne verige. Te spojine predstavljajo pakete sončne energije, ki se pretvorijo v kemično energijo, ki jo uporabljajo vsi živi organizmi.

Reference

  1. Alberts B, Bray D, Lewis J, Raff M, Roberts K in JD Watson (1993) Molekularna biologija celice. 3. izd. Ediciones Omega, S.A. 1387 str.
  2. Purves WK, D Sadava, GH Orians in HC Heller (2003) Življenje. Znanost o biologiji. 6. Edt. Sinauer Associates, Inc. in WH Freeman and Company. 1044 str.
  3. Raven PH, RF Evert in SE Eichhorn (1999) Biologija rastlin. 6. Edt. WH Freeman in založniki podjetja Worth. 944 str.
  4. Solomon EP, LR Berg in DW Martin (2001) Biologija. 5. Ed McGraw-Hill Interamericana. 1237 str.
  5. Stern KR. (1997). Uvodna rastlinska biologija. Wm. C. Brown Publishers. 570 str.