Temná fáze vlastností, mechanismu a produktů fotosyntézy



temná fáze fotosyntézy je biochemický proces, kterým se organické látky (na bázi uhlíku) získávají z anorganických látek. To je také známé jako fáze fixace uhlíku nebo Calvin-Benson cyklus. Tento proces probíhá v chloroplastovém stromatu.

V temné fázi je chemická energie dodávána produkty generovanými ve fázi světla. Tyto produkty jsou energetické molekuly ATP (adenosintrifosfát) a NADPH (redukovaný elektronový nosič).

Základní surovinou pro proces v temné fázi je uhlík, který se získává z oxidu uhličitého. Konečným produktem jsou jednoduché sacharidy nebo cukry. Tyto získané sloučeniny uhlíku jsou základem organických struktur živých bytostí.

Index

  • 1 Obecné charakteristiky
  • 2 Mechanismy
    • 2.1 Cyklus Calvin-Benson
    • 2.2-Ostatní metabolismy fotosyntézy
  • 3 Konečné produkty
  • 4 Odkazy

Obecné vlastnosti

Tato fáze fotosyntézy se nazývá tmavá, protože nevyžaduje přímou účast slunečního světla na jejím vývoji. Tento cyklus probíhá během dne.

Temná fáze se vyvíjí hlavně v chloroplastovém stromatu u většiny fotosyntetických organismů. Stroma je matrice, která vyplňuje vnitřní dutinu chloroplastu kolem systému tylakoidů (kde se provádí světelná fáze)..

Enzymy nezbytné pro vznik tmavé fáze se nacházejí ve stromatu. Nejdůležitější z těchto enzymů je rubisco (ribulóza bisfosfát karboxyláza / oxygenáza), nejhojnější protein, který představuje 20 až 40% všech existujících rozpustných proteinů..

Mechanismy

Uhlík potřebný pro tento způsob je ve formě CO2 (oxid uhličitý) v životním prostředí. V případě řas a sinic CO2 rozpouští se ve vodě, která je obklopuje. V případě rostlin, CO2 dorazí do fotosyntetických buněk přes stomata (epidermální buňky).

-Calvinův-Bensonův cyklus

Tento cyklus má několik reakcí:

Počáteční reakce

CO2 je fixován v pětikarbonové akceptorové sloučenině (ribulóza 1,5-bisfosfát nebo RuBP). Tento proces je katalyzován enzymem rubisco. Výsledná sloučenina je molekula se šesti uhlíky. Poruší se rychle a tvoří dvě sloučeniny po třech uhlících (3-fosfoglycerát nebo 3PG)..

Druhý proces

V těchto reakcích se používá energie poskytovaná ATP ze světelné fáze. Fosforylace je řízena energií ATP a procesem redukce zprostředkovaným NADPH. 3-fosfoglycerát je tedy redukován na glyceraldehyd 3-fosfát (G3P)..

G3P je trojmocný fosfátovaný cukr, také nazývaný triosefosfát. Pouze jedna šestina glyceraldehyd-3-fosfátu (G3P) je transformována na cukry jako produkt cyklu.

Tento fotosyntetický metabolismus se nazývá C3, protože základním produktem, který získáte, je tří uhlíkový cukr.

Závěrečný proces

Části G3P, které nejsou transformovány na cukry, se zpracovávají za vzniku ribulózového monofosfátu (RuMP). RuMP je meziprodukt, který se transformuje na ribulózový 1,5-bisfosfát (RuBP). Tímto způsobem je zachycován akceptor CO2 a cyklus Kelvin-Benson se uzavře.

Z celkového množství RuBP produkovaného v cyklu v typickém listu se pouze jedna třetina stává škrobem. Tento polysacharid je uložen v chloroplastech jako zdroj glukózy.

Další část je přeměněna na sacharózu (disacharid) a transportována do jiných orgánů rostliny. Následně se sacharóza hydrolyzuje za vzniku monosacharidů (glukózy a fruktózy)..

-Další fotosyntetické metabolismy

Za určitých podmínek prostředí se fotosyntetický proces rostlin vyvíjel a stal se efektivnějším. To vedlo ke vzniku různých metabolických drah za účelem získání cukrů.

Metabolismus C4

V teplém prostředí jsou stomata listu zavřená během dne, aby se zabránilo ztrátě vodní páry. Proto koncentrace CO2 v listu klesá ve vztahu k kyslíku (O2). Enzym Rubisco má dvojitou substrátovou afinitu: CO2 a O2.

Při nízkých koncentracích CO2 a O výšek2, rubisco katalyzuje kondenzaci O2. Tento proces se nazývá fotorespirace a snižuje fotosyntetickou účinnost. Aby se zabránilo fotorezpiraci, vyvinuly některé rostliny v tropickém prostředí zvláštní fotosyntetickou anatomii a fyziologii.

Během metabolismu C4 je uhlík fixován v buňkách mesofylu a v buňkách chlorofylinového pouzdra dochází k cyklu Calvin-Benson. Fixace CO2 Stává se to během noci. Nevyskytuje se v chloroplastovém stromatu, ale v cytosolu mesofilních buněk.

Fixace CO2 se vyskytuje karboxylační reakcí. Enzym, který katalyzuje reakci, je fosfoenolpyruvátkarboxyláza (PEP-karboxyláza), která není citlivá na nízké koncentrace CO2 v buňce.

Molekula akceptoru CO2 Je to kyselina fosfoenolpyrohroznová (PEPA). Získaný meziprodukt je kyselina oxaloctová nebo oxaloacetát. Oxaloacetát se redukuje na malát v některých rostlinných druzích nebo na aspartát (aminokyselina) v jiných.

Následně se malát převede do buněk vaskulárního fotosyntetického pouzdra. Zde je dekarboxylován a vznikají pyruvát a CO2.

CO2 vstupuje do cyklu Calvin-Benson a reaguje s Rubisco na PGA. Pyruvát se vrací do mezofylových buněk, kde reaguje s ATP za účelem regenerace akceptoru oxidu uhličitého.

CAM metabolismus

Další metodou fixace CO je kyselý metabolismus crasuláceas (CAM v jeho zkratce v angličtině)2. Tento mechanismus se vyvinul nezávisle v různých skupinách sukulentních rostlin.

CAM rostliny používají jak C3, tak C4 dráhy, stejně jako v C4 rostlinách. Separace obou metabolismů je však dočasná.

CO2 v noci se fixuje aktivitou PEP-karboxylázy v cytosolu a vzniká oxaloacetát. Oxaloacetát se redukuje na malát, který je uložen ve vakuole jako kyselina jablečná.

Následně se v přítomnosti světla získává kyselina jablečná z vakuoly. Je dekarboxylován a CO2 je přenesen do RuBP Calvinova-Bensonova cyklu ve stejné buňce.

CAM rostliny mají fotosyntetické buňky s velkými vakuolami, kde je uložena kyselina jablečná, a chloroplasty, kde CO2 získaný z kyseliny jablečné se transformuje na sacharidy.

Konečné produkty

Na konci temné fáze fotosyntézy se produkují různé cukry. Sacharóza je meziprodukt, který se rychle uvolňuje z listů do jiných částí rostliny. Může být použit přímo k získání glukózy.

Škrob se používá jako rezervní látka. Může se hromadit na listech nebo být transportován do jiných orgánů, jako jsou stonky a kořeny. Tam je udržován, dokud není požadován v různých částech závodu. Skladuje se ve speciálních plastidech, tzv. Amyloplastech.

Produkty získané z tohoto biochemického cyklu jsou pro rostlinu životně důležité. Produkovaná glukóza se používá jako zdroj uhlíku pro výrobu sloučenin, jako jsou aminokyseliny, lipidy, nukleové kyseliny.

Na druhé straně, cukerný produkt generované tmavé fáze představuje základ potravinového řetězce. Tyto sloučeniny představují balíčky sluneční energie přeměněné na chemickou energii, kterou používají všechny živé organismy.

Odkazy

  1. Alberts B, Bray D, Lewis J, Raff M, Roberts K a JD Watson (1993) Molekulární biologie buňky. 3. Ed. Ediciones Omega, S.A. 1387 str.
  2. Purves WK, D Sadava, GH Orians a HC Heller (2003) Život. Věda o biologii. 6. Edt. Sinauer kolegové, Inc. a WH Freeman a společnost. 1044 str.
  3. Raven PH, RF Evert a SE Eichhorn (1999) Biologie rostlin. 6. Edt. WH Freeman a společnost hodnotí vydavatele. 944 str.
  4. Solomon EP, LR Berg a DW Martin (2001) Biologie. 5. Ed McGraw-Hill Interamericana. 1237 str.
  5. Stern KR. (1997). Úvodní biologie rostlin. Wm. C. Brown vydavatelé. 570 str.