Mørk fase av fotosyntesegenskaper, mekanisme og produkter



den mørk fase av fotosyntese er den biokjemiske prosessen gjennom hvilken organiske stoffer (basert på karbon) er oppnådd fra uorganiske stoffer. Det er også kjent som karbonfiksasjonsfase eller Calvin-Benson syklus. Denne prosessen skjer i kloroplaststromen.

I den mørke fasen leveres den kjemiske energien av produktene som genereres i lysfasen. Disse produktene er energimolekylene ATP (adenosintrifosfat) og NADPH (en redusert elektronbærer).

Det grunnleggende råmaterialet til prosessen i mørkefasen er karbon, som er oppnådd fra karbondioksid. Det endelige produktet er enkle karbohydrater eller sukkerarter. Disse karbonforbindelsene som er oppnådd, er det grunnleggende grunnlaget for de organiske strukturer av levende vesener.

index

  • 1 Generelle egenskaper
  • 2 Mekanismer
    • 2.1 Calvin-Benson syklus
    • 2.2 - Andre fotosyntetiske metaboliser
  • 3 sluttprodukter
  • 4 referanser

Generelle egenskaper

Denne fasen av fotosyntese kalles mørk fordi den ikke krever direkte deltakelse av sollys for dets utvikling. Denne syklusen skjer i løpet av dagen.

Den mørke fasen utvikler seg hovedsakelig i kloroplaststromen i de fleste fotosyntetiske organismer. Stroma er matrisen som fyller kloroplastens indre hulrom rundt thylakoidsystemet (hvor lysfasen utføres).

De enzymer som er nødvendige for at den mørke fasen skal forekomme finnes i stroma. Den viktigste av disse enzymene er rubisco (ribulose bisfosfatkarboxylase / oksygenase), det mest overflødige proteinet, som representerer mellom 20 og 40% av alle eksisterende oppløselige proteiner.

mekanismer

Karbonet som kreves for prosessen, er i form av CO2 (karbondioksid) i miljøet. Når det gjelder alger og cyanobakterier, CO2 Det er oppløst i vannet som omgir dem. I tilfelle av planter, CO2 kommer til fotosyntetiske celler gjennom stomata (epidermale celler).

-Calvin-Benson syklus

Denne syklusen har flere reaksjoner:

Første reaksjon

CO2 Det er festet i en fem-karbon-akseptorforbindelse (ribulose 1,5-bisfosfat eller RuBP). Denne prosessen er katalysert av Rubisco-enzymet. Den resulterende forbindelse er et seks-karbon molekyl. Den bryter raskt og danner to forbindelser av tre karboner hver (3-fosfoglyserat eller 3PG).

Andre prosess

I disse reaksjonene blir energien som tilbys av ATP fra lysfasen anvendt. Fosforylering drives av ATP-energien og en reduksjonsprosess mediert av NADPH. Dermed reduseres 3-fosfoglyserat til glyceraldehyd-3-fosfat (G3P).

G3P er et tre-karbonfosfatert sukker, også kalt triosefosfat. Bare en sjettedel av glyceraldehyd-3-fosfatet (G3P) blir transformert til sukkerarter som et produkt av syklusen.

Denne fotosyntetiske metabolismen heter C3, fordi det grunnleggende produktet du får er et tre-karbon-sukker.

Endelig prosess

G3P-delene som ikke forvandles til sukker, behandles for å danne ribulosemonofosfat (RuMP). RuMP er et mellomprodukt som omdannes til ribulose 1,5-bisfosfat (RuBP). På denne måten gjenvinnes CO-akseptoren2 og Kelvin-Benson syklusen lukkes.

Av den totale RuBP som produseres i syklusen i et typisk blad, blir bare en tredjedel stivelse. Dette polysakkaridet lagres i kloroplast som en kilde til glukose.

En annen del omdannes til sukrose (et disakkarid) og transporteres til andre organer av planten. Deretter hydrolyseres sukrose til dannelse av monosakkarider (glukose og fruktose).

-Andre fotosyntetiske metaboliser

Under spesielle miljøforhold har fotosyntetiske prosessene i plantene utviklet seg og blitt mer effektive. Dette har ført til utseendet av forskjellige metabolske veier for å oppnå sukker.

Metabolisme C4

I varme miljøer lukkes bladets stomata i løpet av dagen for å unngå tap av vanndamp. Derfor er konsentrasjonen av CO2 i bladet avtar i forhold til oksygenet (O2). Rubisco-enzym har en dobbelt substrataffinitet: CO2 og O2.

Ved lave CO konsentrasjoner2 og O høyder2, Rubisco katalyserer O kondensering2. Denne prosessen kalles fotorespirasjon og reduserer fotosyntetisk effektivitet. For å motvirke fotorespirasjon har enkelte planter i tropiske omgivelser utviklet en bestemt fotosyntetisk anatomi og fysiologi.

Under C4-stoffskiftet blir karbonet fast i mesofyllcellene, og Calvin-Benson syklusen forekommer i cellene i klorofyllinskjeden. CO-fiksering2 Det skjer i løpet av natten. Det forekommer ikke i kloroplaststromen, men i cytosol av mesofile celler.

CO-fiksering2 oppstår ved en karboksyleringsreaksjon. Enzymet som katalyserer reaksjonen er fosfoenolpyruvat-karboksylase (PEP-karboksylase), som ikke er følsom for lave konsentrasjoner av CO2 i cellen.

CO-akseptormolekylet2 Det er fosfoenolpyruvinsyre (PEPA). Det oppnådde mellomprodukt er oksaloeddiksyre eller oksaloacetat. Oxaloacetat reduseres til malat i noen plantearter eller til aspartat (en aminosyre) hos andre.

Deretter overføres malaten til cellene i den vaskulære fotosyntetiske kappen. Her er det dekarboksylert og pyruvat og CO produseres2.

CO2 går inn i Calvin-Benson-syklusen og reagerer med Rubisco for å danne PGA. For sin del vender pyruvat tilbake til mesofyllcellene hvor det reagerer med ATP for å regenerere karbondioksid-akseptoren.

CAM metabolisme

Syr metabolisme av crasuláceas (CAM i sin akronym på engelsk) er en annen strategi for fiksering av CO2. Denne mekanismen har utviklet seg uavhengig i forskjellige grupper av saftige planter.

CAM-planter bruker både C3 og C4-banene, som de gjør i C4-planter. Men separasjonen av begge metabolismene er midlertidig.

CO2 den er fast om natten ved aktiviteten av PEP-karboksylase i cytosolen og oksaloacetat dannes. Oxaloacetat reduseres til malat, som lagres i vakuolen som appelsinsyre.

Deretter gjenvinnes malinsyre fra vakuolen i nærvær av lys. Det er dekarboksylert og CO2 overføres til RuBP av Calvin-Benson syklusen i samme celle.

CAM-planter har fotosyntetiske celler med store vakuoler hvor malinsyre er lagret, og kloroplaster hvor CO2 hentet fra appelsinsyre omdannes til karbohydrater.

Endelige produkter

På slutten av den mørke fasen av fotosyntese, produseres forskjellige sukkerarter. Sukrose er et mellomprodukt som mobiliseres raskt fra bladene til andre deler av planten. Det kan brukes direkte for å oppnå glukose.

Stivelse brukes som reserve substans. Det kan samles på bladet eller transporteres til andre organer som stengler og røtter. Der opprettholdes det til det er nødvendig i forskjellige deler av anlegget. Den er lagret i spesielle plastider, kalt amyloplast.

Produktene som er oppnådd fra denne biokjemiske syklusen er avgjørende for anlegget. Den fremstilte glukose brukes som en karbonkilde for å lage forbindelser som aminosyrer, lipider, nukleinsyrer.

På den annen side representerer sukkerproduktet fra den dannede mørke fase representasjonen av matkjeden. Disse forbindelsene representerer solenergipakker forvandlet til kjemisk energi som brukes av alle levende organismer.

referanser

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