A fotoszintézis jellemzőinek, mechanizmusának és termékeinek sötét fázisa



az a fotoszintézis sötét fázisa a biokémiai folyamat, amelynek során szervetlen anyagokból (szén-dioxidon alapuló) szerves anyagokat kapnak. Szén-kötési fázisnak vagy Calvin-Benson ciklusnak is nevezik. Ez a folyamat a kloroplasztikus stromában történik.

A sötét fázisban a kémiai energiát a könnyű fázisban előállított termékek biztosítják. Ezek a termékek az ATP (adenozin-trifoszfát) és a NADPH (redukált elektronhordozó) energiamolekulái..

A sötét fázisban a folyamat alapvető nyersanyaga a szén, amely szén-dioxidból származik. A végtermék egyszerű szénhidrátok vagy cukrok. Ezek a kapott szénvegyületek az élő lények szerves szerkezeteinek alapját képezik.

index

  • 1 Általános jellemzők
  • 2 Mechanizmusok
    • 2.1 Calvin-Benson ciklus
    • 2.2. Egyéb fotoszintetikus metabolizmusok
  • 3 Végtermék
  • 4 Referenciák

Általános jellemzők

Ezt a fotoszintézis fázist sötétnek nevezik, mert nem igényel a napfény közvetlen részvételét a fejlődéshez. Ez a ciklus a nap folyamán történik.

A sötét fázis főként a kloroplasztikus stromában alakul ki a legtöbb fotoszintetikus szervezetben. A sztróma a mátrix, amely kitölti a kloroplaszt belső üregét a thylakoid rendszer körül (ahol a fényfázis végrehajtásra kerül).

A sötét fázis előfordulásához szükséges enzimeket a stromában találjuk. Ezek közül az enzimek közül a legfontosabb a rubisco (ribulóz-biszfoszfát-karboxiláz / oxigenáz), a leggyakoribb fehérje, amely az összes meglévő oldható fehérje 20-40% -át teszi ki..

mechanizmusok

Az eljáráshoz szükséges szén CO2 (szén-dioxid) a környezetben. Az algák és a cianobaktériumok esetében a CO2 feloldódik az őket körülvevő vízben. Növények esetében a CO2 a fotoszintetikus sejtekre stomata (epidermális sejtek) útján érkezik.

-Calvin-Benson ciklus

Ez a ciklus több reakcióval rendelkezik:

Kezdeti reakció

A CO2 ez egy öt szénatomú akceptor vegyületben (ribulóz 1,5-biszfoszfát vagy RuBP) van rögzítve. Ezt a folyamatot a rubisco enzim katalizálja. A kapott vegyület egy 6 szénatomos molekula. Gyorsan megszakad és két, három szénatomot tartalmazó vegyületet képez (3-foszfoglicerát vagy 3PG)..

Második folyamat

Ezekben a reakciókban a fényfázisból az ATP által biztosított energiát használjuk. A foszforilációt az ATP energiája és a NADPH által közvetített redukciós folyamat hajtja. Így a 3-foszfoglicerát gliceraldehid-3-foszfáttá (G3P) redukálódik.

A G3P egy háromszén-foszfátos cukor, amelyet triózfoszfáznak is neveznek. A glicerinaldehid-3-foszfát (G3P) csak egyötödét a ciklus termékeiből cukrokká alakítják át.

Ezt a fotoszintetikus anyagcserét C3-nak nevezik, mert az alaptermék egy háromszén-széncukor.

Végső folyamat

A G3P részei, amelyek nem alakulnak át cukrokká, a ribulóz-monofoszfát (RuMP) képződnek. A RuMP egy közbenső termék, amelyet ribulóz-1,5-biszfoszfáttá (RuBP) alakítanak át. Ily módon a CO akceptort visszanyerjük2 és a Kelvin-Benson ciklus lezárul.

A ciklusban egy tipikus levélben előállított összes RuBP-ből csak egyharmada lesz keményítő. Ezt a poliszacharidot a kloroplasztban glükózforrásként tároljuk.

Egy másik részt szacharózvá (diszachariddá) alakítanak át és szállítanak a növény más szerveibe. Ezt követően szacharózt hidrolizálunk monoszacharidok (glükóz és fruktóz) előállítására..

-Egyéb fotoszintetikus metabolizmusok

Különleges környezeti feltételek mellett a növények fotoszintetikus folyamata fejlődött és hatékonyabbá vált. Ennek következtében különböző metabolikus útvonalak keletkeztek a cukrok előállításához.

Metabolizmus C4

Meleg környezetben a levél stomata a nap folyamán zárva van a vízgőz elvesztésének elkerülése érdekében. Ezért a CO koncentrációja2 a levélben az oxigénhez képest csökken (O2). A Rubisco enzim kettős szubsztrát affinitással rendelkezik: CO2 és O2.

Alacsony CO koncentrációknál2 és O csúcsok2, rubisco katalizálja az O kondenzációt2. Ezt a folyamatot fotoreakciónak nevezik, és csökkenti a fotoszintetikus hatékonyságot. A fotorezpiráció elleni küzdelem érdekében egyes trópusi környezetben élő növények kifejlesztettek egy bizonyos fotoszintetikus anatómiát és fiziológiát.

A C4 metabolizmus során a szén a mezofill sejtekben rögzül, és a Calvin-Benson ciklus a klorofillin hüvely sejtjeiben történik. CO rögzítés2 Ez éjszaka történik. Nem fordul elő a kloroplasztikus stromában, hanem a mezofil sejtek citoszoljában.

CO rögzítés2 karboxilezési reakcióval történik. A reakciót katalizáló enzim foszfoinol-piruvát-karboxiláz (PEP-karboxiláz), amely nem érzékeny a CO alacsony koncentrációjára.2 a cellában.

A CO akceptor molekula2 Ez a foszfoenolipirossav (PEPA). A kapott közbenső termék oxaloecetsav vagy oxaloacetát. Néhány növényfajban az oxaloacetát malátává redukálódik vagy másokban aszpartát (aminosav).

Ezt követően a malátot átvisszük a vaszkuláris fotoszintetikus hüvely sejtjeibe. Itt dekarboxilezzük és piruvátot és CO-ot állítunk elő2.

A CO2 belép a Calvin-Benson ciklusba, és reagál a Rubisco-val PGA-hoz. A piruvát saját részéről visszatér a mezofill sejtekbe, ahol reagál az ATP-vel a szén-dioxid akceptor regenerálására..

CAM metabolizmus

A crasuláceas sav metabolizmusa (CAM rövidítése angolul) egy másik stratégia a CO \ t2. Ez a mechanizmus egymástól függetlenül alakult ki a zamatos növények különböző csoportjaiban.

A CAM-növények mind a C3-as, mind a C4-es utakat használják, mint a C4-es növényekben. A két anyagcsere elválasztása azonban átmeneti.

A CO2 éjjel a PE-karboxiláz aktivitása határozza meg a citoszolban és az oxaloacetát képződik. Az oxaloacetátot maláttá redukáljuk, amelyet a vacuolban almasavként tárolunk.

Ezt követően, könnyű jelenlétében alma-savat nyerünk ki a vakuolból. Dekarboxilezett és CO2 ugyanazon a cellán belül a Calvin-Benson ciklus RuBP-jébe kerül.

A CAM növényekben fotoszintetikus sejtek vannak, amelyekben nagy vacuolok vannak, ahol almasavat tárolnak, és kloroplasztokat, ahol CO2 almasavból nyert szénhidrátokká alakul.

Végtermékek

A fotoszintézis sötét fázisának végén különböző cukrok keletkeznek. A szacharóz olyan közbenső termék, amelyet a levelekből a növény más részeire gyorsan mozgósítanak. Használható közvetlenül a glükóz előállításához.

A keményítőt tartalékanyagként használják. Felhalmozódhat a levélen, vagy más szervekbe, például szárakba és gyökerekbe szállítható. Ott fennmarad, amíg a növény különböző részein nem szükséges. Különleges műanyagokban tárolják, amiloplasztoknak nevezik.

A biokémiai ciklusból nyert termékek létfontosságúak a növény számára. A termelt glükózt szénforrásként használjuk olyan vegyületek előállítására, mint amilyenek az aminosavak, lipidek, nukleinsavak.

Másrészről, a keletkezett sötét fázis terméke az élelmiszerlánc alapját jelenti. Ezek a vegyületek a napenergiás csomagokat kémiai energiává alakítják, amelyeket minden élő szervezet használ.

referenciák

  1. Alberts B, Bray D, Lewis J, Raff M, Roberts K és JD Watson (1993) A sejt molekuláris biológiája. 3. kiadás Ediciones Omega, S.A. 1387 p.
  2. Purves WK, D Sadava, GH Orians és HC Heller (2003) Élet. A biológia tudománya. 6. Edt. Sinauer Associates, Inc. és WH Freeman és Company. 1044 p.
  3. Raven PH, RF Evert és SE Eichhorn (1999) A növények biológiája. 6. Edt. WH Freeman és a Company Worth Publishers. 944 p.
  4. Solomon EP, LR Berg és DW Martin (2001) Biológia. 5. kiadás McGraw-Hill Interamericana. 1237 p.
  5. Stern KR. (1997). Bevezető növénybiológia. Wm. C. Brown Publishers. 570 p.