Mørk fase af fotosyntesegenskaber, mekanisme og produkter



den mørk fase af fotosyntese er den biokemiske proces, hvorigennem organiske stoffer (baseret på carbon) opnås fra uorganiske stoffer. Det er også kendt som carbon fixation fase eller Calvin-Benson cyklus. Denne proces forekommer i chloroplaststroma.

I den mørke fase leveres den kemiske energi af de produkter, der genereres i lysfasen. Disse produkter er energimolekylerne ATP (adenosintrifosfat) og NADPH (en reduceret elektronbærer).

Det grundlæggende råmateriale til processen i den mørke fase er kulstof, som er opnået ved kuldioxid. Det endelige produkt er simple kulhydrater eller sukkerarter. Disse carbonforbindelser opnået er det grundlæggende grundlag for de levende organers organiske strukturer.

indeks

  • 1 Generelle egenskaber
  • 2 Mekanismer
    • 2.1 Calvin-Benson cyklus
    • 2.2 -Other fotosyntetiske metaboliser
  • 3 Slutprodukter
  • 4 referencer

Generelle egenskaber

Denne fase af fotosyntese kaldes mørk, fordi den ikke kræver direkte deltagelse af sollys til dets udvikling. Denne cyklus opstår i løbet af dagen.

Den mørke fase udvikler sig hovedsageligt i chloroplaststroma i de fleste fotosyntetiske organismer. Stroma er den matrix, der fylder kloroplastens indre hulrum rundt om thylakoidsystemet (hvor lysfasen udføres).

De enzymer, der er nødvendige for at den mørke fase kan forekomme, findes i stroma. De vigtigste af disse enzymer er rubisco (ribulose bisfosfat carboxylase / oxygenase), det mest almindelige protein, der repræsenterer mellem 20 og 40% af alle eksisterende opløselige proteiner.

mekanismer

Kulen, der kræves til processen, er i form af CO2 (kuldioxid) i miljøet. I tilfælde af alger og cyanobakterier er CO2 det er opløst i vandet, der omgiver dem. I tilfælde af planter, CO2 ankommer til fotosyntetiske celler gennem stomata (epidermale celler).

-Calvin-Benson cyklus

Denne cyklus har flere reaktioner:

Indledende reaktion

CO2 den er fastgjort i en fem-carbon-acceptor forbindelse (ribulose 1,5-bisphosphat eller RuBP). Denne proces katalyseres af rubisco-enzymet. Den resulterende forbindelse er et seks-carbon molekyle. Det bryder hurtigt og danner to forbindelser af tre carbonatomer hver (3-phosphoglycerat eller 3PG).

Anden proces

I disse reaktioner anvendes den energi, der tilvejebringes af ATP fra lysfasen. Fosforylering drives af ATP's energi og en reduktionsfremgangsmåde medieret af NADPH. Således reduceres 3-phosphoglycerat til glyceraldehyd-3-phosphat (G3P).

G3P er et tre-carbonphosphatiseret sukker, også kaldet triosephosphat. Kun en sjettedel af glyceraldehyd-3-phosphat (G3P) transformeres til sukkerarter som et produkt af cyklussen.

Denne fotosyntetiske metabolisme hedder C3, fordi det grundlæggende produkt du får, er et tre-kulstofsukker.

Endelig proces

G3P'ens dele, der ikke omdannes til sukkerarter, behandles til dannelse af ribulosemonophosphat (RuMP). RuMP er et mellemprodukt, som transformeres til ribulose 1,5-bisphosphat (RuBP). På denne måde genvindes CO-acceptoren2 og Kelvin-Benson cyklus lukker.

Af den samlede RuBP produceret i cyklen i et typisk blad, bliver kun en tredjedel stivelse. Dette polysaccharid opbevares i chloroplast som en kilde til glucose.

En anden del omdannes til saccharose (et disaccharid) og transporteres til andre organer af planten. Derefter hydrolyseres saccharose til dannelse af monosaccharider (glucose og fructose).

-Andre fotosyntetiske metaboliser

Under særlige miljømæssige forhold er plantens fotosyntiske proces udviklet og blevet mere effektiv. Dette har ført til udseendet af forskellige metaboliske veje for at opnå sukkerarter.

Metabolisme C4

I varme omgivelser lukkes bladets stomata om dagen for at undgå tab af vanddamp. Derfor er koncentrationen af ​​CO2 i bladet falder i forhold til oxygenet (O2). Rubisco enzym har en dobbelt substrat affinitet: CO2 og o2.

Ved lave CO koncentrationer2 og O højder2, Rubisco katalyserer O kondensering2. Denne proces kaldes fotorespiration og reducerer fotosynteseffektiviteten. For at modvirke fotorespiration har nogle planter i tropiske omgivelser udviklet en særlig fotosyntetisk anatomi og fysiologi.

Under C4-metabolismen fastgøres carbonet i mesophylcellerne, og Calvin-Benson-cyklen opstår i cellerne i chlorophyllinkappen. CO fixering2 Det sker i løbet af natten. Det forekommer ikke i chloroplaststroma, men i cytosol af mesofile celler.

CO fixering2 forekommer ved en carboxyleringsreaktion. Det enzym, der katalyserer reaktionen, er phosphoenolpyruvatcarboxylase (PEP-carboxylase), som ikke er følsom overfor lave koncentrationer af CO2 i cellen.

CO-acceptormolekylet2 Det er phosphoenolpyruvinsyre (PEPA). Det opnåede mellemprodukt er oxaloeddikesyre eller oxaloacetat. Oxaloacetat reduceres til malat i nogle plantearter eller til aspartat (en aminosyre) hos andre.

Efterfølgende overføres malaten til cellerne i den vaskulære fotosyntiske kappe. Her er det decarboxyleret og pyruvat, og CO produceres2.

CO2 går ind i Calvin-Benson-cyklen og reagerer med Rubisco for at danne PGA. Fra sin side vender pyruvat tilbage til mesofylcellerne, hvor det reagerer med ATP for at regenerere kuldioxidacceptoren.

CAM metabolisme

Syre metabolisme af crasuláceas (CAM i sin akronym på engelsk) er en anden strategi for fiksering af CO2. Denne mekanisme har udviklet sig uafhængigt i forskellige grupper af saftige planter.

CAM planter bruger både C3 og C4 banerne, som de gør i C4 planter. Men adskillelsen af ​​begge metabolitter er midlertidig.

CO2 den er fastsat om natten ved aktiviteten af ​​PEP-carboxylase i cytosolen, og oxaloacetat dannes. Oxaloacetat reduceres til malat, som opbevares i vakuolen som æblesyre.

Efterfølgende, i nærværelse af lys udvides æblesyre fra vakuolen. Det er decarboxyleret og CO2 overføres til RuBP af Calvin-Benson-cyklen inden for samme celle.

CAM-planter har fotosyntetiske celler med store vakuoler, hvor æblesyre opbevares og chloroplaster hvor CO2 opnået fra æblesyre omdannes til kulhydrater.

Slutprodukter

I slutningen af ​​den mørke fase af fotosyntese produceres forskellige sukkerarter. Saccharose er et mellemprodukt, som hurtigt mobiliseres fra bladene til andre dele af planten. Det kan bruges direkte til opnåelse af glucose.

Stivelse anvendes som reservestof. Det kan akkumulere på bladet eller transporteres til andre organer som stængler og rødder. Der opretholdes det, indtil det er nødvendigt i forskellige dele af anlægget. Den opbevares i specielle plastider, kaldet amyloplaster.

Produkterne fra denne biokemiske cyklus er afgørende for planten. Den producerede glucose anvendes som en carbonkilde til fremstilling af forbindelser som aminosyrer, lipider, nukleinsyrer.

På den anden side repræsenterer sukkerproduktet fra den dannede mørke fase fødevarekæden. Disse forbindelser repræsenterer solenergipakker forvandlet til kemisk energi, der anvendes af alle levende organismer.

referencer

  1. Alberts B, Bray D, Lewis J, Raff M, Roberts K og JD Watson (1993) Molekylærbiologi af cellen. 3. Ed. Ediciones Omega, S.A. 1387 s.
  2. Purves WK, D Sadava, GH Orians og HC Heller (2003) Life. Biologiens videnskab. 6. udgave. Sinauer Associates, Inc. og WH Freeman og Company. 1044 s.
  3. Raven PH, RF Evert og SE Eichhorn (1999) Biology of Plants. 6. udgave. WH Freeman og Company Worth Publishers. 944 s.
  4. Solomon EP, LR Berg og DW Martin (2001) Biologi. 5. Ed. McGraw-Hill Interamericana. 1237 s.
  5. Stern KR. (1997). Indledende plantebiologi. Wm. C. Brown Publishers. 570 s.