Mörk fas av fotosyntesegenskaper, mekanism och produkter



den mörk fas av fotosyntes är den biokemiska processen genom vilken organiska ämnen (baserat på kol) erhålls från oorganiska ämnen. Det är också känt som kolfixeringsfas eller Calvin-Benson-cykel. Denna process sker i kloroplaststromen.

I den mörka fasen levereras den kemiska energin av produkterna som genereras i ljusfasen. Dessa produkter är energimolekylerna ATP (adenosintrifosfat) och NADPH (en reducerad elektronbärare).

Det grundläggande råmaterialet för processen i den mörka fasen är kol, vilket erhålles från koldioxid. Slutprodukten är enkel kolhydrater eller sockerarter. Dessa kolföreningar som erhållits är den grundläggande grunden för de levande varornas organiska strukturer.

index

  • 1 Allmänna egenskaper
  • 2 Mekanismer
    • 2.1 Calvin-Benson-cykeln
    • 2.2 -Andra fotosyntetiska metabolismer
  • 3 slutprodukter
  • 4 referenser

Allmänna egenskaper

Denna fas av fotosyntes kallas mörk eftersom den inte kräver direkt delaktighet av solljus för dess utveckling. Denna cykel sker under dagen.

Den mörka fasen utvecklas huvudsakligen i kloroplaststromen i de flesta fotosyntetiska organismer. Stroma är matrisen som fyller kloroplastens inre hålighet runt thylakoidsystemet (där ljusfasen utförs).

De enzymer som är nödvändiga för att den mörka fasen ska inträffa finns i stromen. Den viktigaste av dessa enzymer är rubisco (ribulosebisfosfatkarboxylas / oxygenas), det mest överflödiga proteinet, vilket representerar mellan 20 och 40% av alla befintliga lösliga proteiner.

mekanismer

Kolet som krävs för processen är i form av CO2 (koldioxid) i miljön. När det gäller alger och cyanobakterier CO2 Det är upplöst i vattnet som omger dem. När det gäller växter, CO2 anländer till fotosyntetiska celler genom stomata (epidermala celler).

-Calvin-Benson cykel

Denna cykel har flera reaktioner:

Initial reaktion

CO2 den är fixerad i en 5-kol-acceptorförening (ribulos-1,5-bisfosfat eller RuBP). Denna process katalyseras av rubisco-enzymet. Den resulterande föreningen är en sex-kolmolekyl. Det bryts snabbt och bildar två föreningar med tre kolatomer vardera (3-fosfoglycerat eller 3PG).

Andra processen

I dessa reaktioner används den energi som tillhandahålls av ATP från ljusfasen. Fosforylering drivs av ATP-energin och en reduktionsprocess som medieras av NADPH. Således reduceras 3-fosfoglycerat till glyceraldehyd-3-fosfat (G3P).

G3P är ett tre-kolfosfaterat socker, även kallat triosfosfat. Endast en sjätte av glyceraldehyd-3-fosfatet (G3P) transformeras till sockerarter som en produkt av cykeln.

Denna fotosyntetiska metabolism heter C3, eftersom den basprodukt du får är ett tre-kolsocker.

Slutlig process

De delar av G3P som inte omvandlas till socker, bearbetas för att bilda ribulosemonofosfat (RuMP). RuMP är en mellanprodukt som transformeras till ribulos-1,5-bisfosfat (RuBP). På detta sätt återvinns CO-acceptorn2 och Kelvin-Benson-cykeln stängs.

Av den totala RuBP som produceras i cykeln i ett typiskt blad blir endast en tredjedel stärkelse. Denna polysackarid lagras i kloroplast som en källa till glukos.

En annan del omvandlas till sackaros (en disackarid) och transporteras till andra organ i växten. Därefter hydrolyseras sackaros för att bilda monosackarider (glukos och fruktos).

-Andra fotosyntetiska metabolismer

Under särskilda miljöförhållanden har fotosyntetiska processerna av växterna utvecklats och blivit effektivare. Detta har lett till utseendet av olika metaboliska vägar för att erhålla sockerarter.

Metabolism C4

I varma miljöer stängs bladets stomata under dagen för att undvika förlust av vattenånga. Därför är koncentrationen av CO2 i bladet minskar i förhållande till syret (O2). Rubisco-enzym har en dubbel substrataffinitet: CO2 och O2.

Vid låga CO-koncentrationer2 och O höga2, rubisco katalyserar O kondensation2. Denna process kallas fotorespiration och minskar fotosyntetisk effektivitet. För att motverka fotorespiration har vissa växter i tropiska miljöer utvecklat en speciell fotosyntetisk anatomi och fysiologi.

Under C4-metabolismen fixeras kolet i mesofyllcellerna och Calvin-Benson-cykeln uppträder i cellerna i klorofyllinkappen. CO fixering2 Det händer under natten. Det förekommer inte i kloroplaststromen, utan i cytosolen av mesofila celler.

CO fixering2 sker genom en karboxyleringsreaktion. Det enzym som katalyserar reaktionen är fosfoenolpyruvatkarboxylas (PEP-karboxylas), som inte är känsligt för låga koncentrationer av CO2 i cellen.

CO-acceptormolekylen2 Det är fosfoenolpyruvsyra (PEPA). Den erhållna intermediära produkten är oxaloättiksyra eller oxaloacetat. Oxaloacetat reduceras till malat i vissa växtarter eller till aspartat (en aminosyra) hos andra.

Därefter överförs malaten till cellerna i den vaskulära fotosyntetiska manteln. Här är det dekarboxylerade och pyruvat och CO produceras2.

CO2 går in i Calvin-Benson-cykeln och reagerar med Rubisco för att bilda PGA. För sin del återvänder pyruvat till mesofyllcellerna där det reagerar med ATP för att regenerera koldioxidacceptorn.

CAM metabolism

Syra metabolism av crasuláceas (CAM i sin akronym på engelska) är en annan strategi för fixering av CO2. Denna mekanism har utvecklats oberoende i olika grupper av saftiga växter.

CAM-växter använder både C3 och C4-vägarna, som de gör i C4-växter. Men separationen av båda metabolismerna är tillfällig.

CO2 den fixeras på natten genom aktiviteten av PEP-karboxylas i cytosolen och oxaloacetat bildas. Oxaloacetat reduceras till malat, vilket lagras i vakuolen som äppelsyra.

Därefter, i närvaro av ljus, återvinns äppelsyra från vakuolen. Det dekarboxyleras och CO2 överförs till RuBP av Calvin-Benson-cykeln inom samma cell.

CAM-växter har fotosyntetiska celler med stora vakuoler där äppelsyra lagras och kloroplaster där CO2 erhållen från äppelsyra omvandlas till kolhydrater.

Slutprodukter

I slutet av den mörka fasen av fotosyntes produceras olika sockerarter. Sackaros är en mellanprodukt som snabbt mobiliseras från bladen till andra delar av växten. Det kan användas direkt för att erhålla glukos.

Stärkelse används som ett reservämne. Det kan ackumuleras på bladet eller transporteras till andra organ som stammar och rötter. Där hålls det tills det krävs i olika delar av växten. Den är förvarad i speciella plastider, kallade amyloplaster.

Produkterna från denna biokemiska cykel är avgörande för växten. Den producerade glukosen används som en kolkälla för att göra föreningar såsom aminosyror, lipider, nukleinsyror.

Å andra sidan representerar sockerprodukten av den genererade mörka fasen basen av livsmedelskedjan. Dessa föreningar representerar solenergipaket som omvandlas till kemisk energi som används av alla levande organismer.

referenser

  1. Alberts B, Bray D, Lewis J, Raff M, Roberts K och JD Watson (1993) Molecular biology of the cell. 3: e Ed. Ediciones Omega, S.A. 1387 sid.
  2. Purves WK, D Sadava, GH Orians och HC Heller (2003) Life. Biologiens vetenskap. 6: e utgåvan. Sinauer Associates, Inc. och WH Freeman och Company. 1044 sid.
  3. Raven PH, RF Evert och SE Eichhorn (1999) Biology of Plants. 6: e utgåvan. WH Freeman och Company Worth Publishers. 944 sid.
  4. Solomon EP, LR Berg och DW Martin (2001) Biology. 5: a utg. McGraw-Hill Interamericana. 1237 sid.
  5. Stern KR. (1997). Inledande växtbiologi. Wm. C. Brown Publishers. 570 sid.