Temná fáza vlastností, mechanizmu a produktov fotosyntézy



temná fáza fotosyntézy je biochemický proces, prostredníctvom ktorého sa organické látky (na báze uhlíka) získavajú z anorganických látok. Je tiež známy ako uhlíková fixačná fáza alebo Calvinov-Bensonov cyklus. Tento proces prebieha v chloroplastovej stróme.

V tmavej fáze je chemická energia dodávaná produktmi generovanými vo svetelnej fáze. Tieto produkty sú molekuly energie ATP (adenozíntrifosfát) a NADPH (nosič s redukovaným elektrónom).

Základnou surovinou pre proces v tmavej fáze je uhlík, ktorý sa získava z oxidu uhličitého. Konečným produktom sú jednoduché sacharidy alebo cukry. Získané zlúčeniny uhlíka sú základom organických štruktúr živých bytostí.

index

  • 1 Všeobecné charakteristiky
  • 2 Mechanizmy
    • 2.1 Cyklus Calvin-Benson
    • 2.2-Ostatné metabolizmy fotosyntézy
  • 3 Konečné produkty
  • 4 Odkazy

Všeobecné charakteristiky

Táto fáza fotosyntézy sa nazýva tmavá, pretože nevyžaduje priamu účasť slnečného svetla na jej vývoji. Tento cyklus prebieha počas dňa.

Temná fáza sa vyvíja hlavne v chloroplastovej stróme vo väčšine fotosyntetických organizmov. Stroma je matrica, ktorá vypĺňa vnútornú dutinu chloroplastu okolo tylakoidného systému (kde sa vykonáva svetelná fáza)..

Enzýmy potrebné pre vznik tmavej fázy sa nachádzajú v stróme. Najdôležitejšie z týchto enzýmov je rubisco (ribulóza bisfosfát karboxyláza / oxygenáza), najhojnejší proteín, ktorý predstavuje 20 až 40% všetkých existujúcich rozpustných proteínov..

mechanizmy

Uhlík potrebný na tento spôsob je vo forme CO2 (oxid uhličitý) v životnom prostredí. V prípade rias a siníc CO2 je rozpustená vo vode, ktorá ich obklopuje. V prípade rastlín, CO2 prichádza do fotosyntetických buniek cez žalúdočnú sliznicu (epidermálne bunky).

-Calvinov-Bensonov cyklus

Tento cyklus má niekoľko reakcií:

Počiatočná reakcia

CO2 je fixovaný v 5-uhlíkovej akceptorovej zlúčenine (1,5-bisfosfát ribulóza alebo RuBP). Tento proces je katalyzovaný enzýmom rubisco. Výsledná zlúčenina je molekula so šiestimi atómami uhlíka. Rýchlo sa láme a tvoria dve zlúčeniny z troch uhlíkov (3-fosfoglycerát alebo 3PG)..

Druhý proces

V týchto reakciách sa využíva energia poskytovaná ATP zo svetelnej fázy. Fosforylácia je poháňaná energiou ATP a procesom redukcie sprostredkovanej NADPH. 3-fosfoglycerát sa teda redukuje na glyceraldehyd-3-fosfát (G3P)..

G3P je trojmocný fosfátovaný cukor, tiež nazývaný triosefosfát. Iba jedna šestina glyceraldehyd-3-fosfátu (G3P) sa transformuje na cukry ako produkt cyklu..

Tento fotosyntetický metabolizmus sa nazýva C3, pretože základným produktom, ktorý dostanete, je cukor s 3 uhlíkmi.

Záverečný proces

Časti G3P, ktoré nie sú transformované na cukry, sa spracujú za vzniku ribulózového monofosfátu (RuMP). RuMP je medziprodukt, ktorý sa transformuje na ribulózový 1,5-bisfosfát (RuBP). Týmto spôsobom sa zachytáva akceptor CO2 a cyklus Kelvin-Benson sa uzavrie.

Z celkového množstva RuBP produkovaného v cykle v typickom liste sa len jedna tretina stane škrobom. Tento polysacharid je uložený v chloroplaste ako zdroj glukózy.

Ďalšia časť je premenená na sacharózu (disacharid) a transportovaná do iných orgánov rastliny. Následne sa sacharóza hydrolyzuje na monosacharidy (glukóza a fruktóza)..

-Iné fotosyntetické metabolizmy

Za určitých podmienok prostredia sa fotosyntetický proces rastlín vyvíjal a stal sa efektívnejším. To viedlo k vzniku rôznych metabolických ciest na získanie cukrov.

Metabolizmus C4

V teplých prostrediach sú stomáty listu zatvorené počas dňa, aby sa zabránilo strate vodných pár. Preto koncentrácia CO2 v liste klesá vo vzťahu k kyslíku (O2). Enzým Rubisco má dvojitú substrátovú afinitu: CO2 a O2.

Pri nízkych koncentráciách CO2 a O výšok2, rubisco katalyzuje O kondenzáciu2. Tento proces sa nazýva fotorespirácia a znižuje fotosyntetickú účinnosť. Niektoré rastliny v tropickom prostredí, ktoré pôsobia proti fotorezpirácii, vyvinuli konkrétnu fotosyntetickú anatómiu a fyziológiu.

Počas metabolizmu C4 je uhlík fixovaný v mezofylových bunkách a Calvin-Bensonov cyklus sa vyskytuje v bunkách chlórofylínového puzdra. Fixácia CO2 Stáva sa to počas noci. Nevyskytuje sa v chloroplastovej stróme, ale v cytosóle mezofilných buniek.

Fixácia CO2 nastáva karboxylačnou reakciou. Enzým, ktorý katalyzuje reakciu, je fosfoenolpyruvátkarboxyláza (PEP-karboxyláza), ktorá nie je citlivá na nízke koncentrácie CO2 v bunke.

Molekula akceptora CO2 Je to kyselina fosfoenolpyrohroznová (PEPA). Získaný medziprodukt je kyselina oxaloctová alebo oxaloacetát. Oxaloacetát sa redukuje na malát v niektorých rastlinných druhoch alebo na aspartát (aminokyselina) v iných.

Následne sa malát prenesie do buniek vaskulárneho fotosyntetického puzdra. Tu je dekarboxylovaný a produkuje sa pyruvát a CO2.

CO2 vstupuje do cyklu Calvin-Benson a reaguje s Rubisco na PGA. Pyruvát sa vracia do mezofylových buniek, kde reaguje s ATP na regeneráciu akceptora oxidu uhličitého.

CAM metabolizmus

Ďalšou stratégiou fixácie CO je metabolizmus kyseliny crasuláceas (CAM v skratke v angličtine)2. Tento mechanizmus sa vyvinul nezávisle v rôznych skupinách sukulentných rastlín.

CAM rastliny používajú cesty C3 aj C4, ako to robia v rastlinách C4. Oddelenie oboch metabolizmov je však dočasné.

CO2 v noci sa fixuje aktivitou PEP-karboxylázy v cytozole a vzniká oxaloacetát. Oxaloacetát sa redukuje na malát, ktorý je uložený vo vakuole ako kyselina jablčná.

Následne sa v prítomnosti svetla získava kyselina jablčná z vakuoly. Je dekarboxylovaný a CO2 sa prenesie do RuBP cyklu Calvin-Benson v tej istej bunke.

CAM rastliny majú fotosyntetické bunky s veľkými vakuolami, kde sa skladuje kyselina jablčná, a chloroplasty, kde CO2 získaná z kyseliny jablčnej sa transformuje na sacharidy.

Konečné produkty

Na konci temnej fázy fotosyntézy sa produkujú rôzne cukry. Sacharóza je medziprodukt, ktorý sa rýchlo uvoľňuje z listov do iných častí rastliny. Môže sa použiť priamo na získanie glukózy.

Škrob sa používa ako rezervná látka. Môže sa hromadiť na liste alebo byť transportovaný do iných orgánov, ako sú stonky a korene. Tam sa udržiava, kým sa nevyžaduje v rôznych častiach závodu. Skladuje sa v špeciálnych plastidoch, nazývaných amyloplasty.

Produkty získané z tohto biochemického cyklu sú pre rastlinu životne dôležité. Vyrobená glukóza sa používa ako zdroj uhlíka na výrobu zlúčenín, ako sú aminokyseliny, lipidy, nukleové kyseliny.

Na druhej strane, cukorový produkt vytvorenej tmavej fázy predstavuje základ potravinového reťazca. Tieto zlúčeniny predstavujú balíky slnečnej energie transformované na chemickú energiu, ktorú používajú všetky živé organizmy.

referencie

  1. Alberts B, Bray D, Lewis J, Raff M, Roberts K a JD Watson (1993) Molecular biology of the cell. 3. Ed. Ediciones Omega, S.A. 1387 s.
  2. Purves WK, D Sadava, GH Orians a HC Heller (2003) Život. Veda o biológii. 6. Edt. Sinauer Associates, Inc. a WH Freeman a Company. 1044 s.
  3. Raven PH, RF Evert a SE Eichhorn (1999) Biológia rastlín. 6. Edt. WH Freeman a Company Worth Publishers. 944 s.
  4. Solomon EP, LR Berg a DW Martin (2001) Biológia. 5. vydanie McGraw-Hill Interamericana. 1237 s.
  5. Stern KR. (1997). Úvodná biológia rastlín. Wm. C. Brown Publishers. 570 s.