MÖRK FAS AV FOTOSYNTESEN: EGENSKAPER, MEKANISM, PRODUKTER - BIOLOGI - 2025

Den mörka fasen av fotosyntesen är den biokemiska processen genom vilken organiska ämnen (baserat på kol) erhålls från oorganiska ämnen. Det är också känt som kolfixeringsfasen eller Calvin-Benson-cykeln. Denna process sker i stroma av kloroplasten.

I den mörka fasen tillförs kemisk energi av produkter som genereras i ljusfasen. Dessa produkter är de energiska molekylerna ATP (adenosintrifosfat) och NADPH (en reducerad elektronbärare).

Lätt fas och mörk fas. Maulucioni, från Wikimedia Commons

Det grundläggande råmaterialet för processen i den mörka fasen är kol, som erhålls från koldioxid. Slutprodukten är kolhydrater eller enkla sockerarter. Dessa erhållna kolföreningar är den grundläggande grunden för de organiska strukturerna i levande varelser.

Generella egenskaper

Mörk fas av fotosyntesen. pixabay.com

Denna fas av fotosyntes kallas mörk på grund av att den inte kräver direkt solljusets deltagande för dess utveckling. Denna cykel inträffar under dagen.

Den mörka fasen utvecklas främst i kloroplaststromen i de flesta fotosyntetiska organismer. Stroma är matrisen som fyller kloroplastens inre hålighet runt tylakoidsystemet (där ljusfasen äger rum).

I stroma finns de enzymer som är nödvändiga för att den mörka fasen inträffar. Det viktigaste av dessa enzymer är rubisco (ribulosabisfosfatkarboxylas / oxygenas), det vanligaste proteinet, som representerar mellan 20 till 40% av alla befintliga lösliga proteiner.

mekanismer

Kolet som krävs för processen är i form av CO ₂ (koldioxid) i miljön. När det gäller alger och cyanobakterier löses CO ₂ i vattnet som omger dem. När det gäller växter når CO ₂ de fotosyntetiska cellerna via stomin (epidermala celler).

-Calvin-Benson cykel

Denna cykel har flera reaktioner:

Inledande reaktion

CO ₂ binder till en acceptabel förening med fem kol (ribulosa 1,5-bisfosfat eller RuBP). Denna process katalyseras av enzymet rubisco. Den resulterande föreningen är en molekyl med sex kol. Den bryts snabbt ner och bildar två föreningar med tre kol vardera (3-fosfoglycerat eller 3PG).

Calvin cykel. Calvin-cycle4.svg: Mike Jonesderivativt arbete: Aibdescalzo, via Wikimedia Commons

Andra processen

I dessa reaktioner används energin som tillhandahålls av ATP från ljusfasen. En energidriven fosforylering av ATP och en reduktionsprocess medierad av NADPH uppstår. Således reduceras 3-fosfoglycerat till glyceraldehyd 3-fosfat (G3P).

G3P är ett fosfaterat socker med tre kol, även kallad triosfosfat. Endast en sjättedel av glyceraldehyd 3-fosfat (G3P) omvandlas till socker som en produkt från cykeln.

Denna fotosyntetiska ämnesomsättning kallas C3, eftersom den erhållna basprodukten är ett socker med tre kol.

Slutlig process

De delar av G3P som inte förvandlas till socker behandlas för att bilda ribulosmonofosfat (RuMP). RuMP är en mellanprodukt som omvandlas till ribulosa 1,5-bisfosfat (RuBP). På detta sätt återvinns CO ₂ -acceptorn och Kelvin-Benson-cykeln stängs.

Av den totala RuBP som producerats i cykeln i ett typiskt blad omvandlas endast en tredjedel till stärkelse. Denna polysackarid lagras i kloroplasten som en glukoskälla.

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

I speciella miljöförhållanden har den fotosyntetiska processen för växter utvecklats och blivit effektivare. Detta har lett till uppkomsten av olika metaboliska vägar för att få socker.

C4 ämnesomsättning

I varma miljöer stängs bladets stomata under dagen för att undvika förlust av vattenånga. Därför minskar koncentrationen av CO ₂ i bladet i förhållande till syrehalten (O ₂ ). Rubisco-enzymet har en dubbel substrataffinitet: CO ₂ och O ₂ .

Vid låga CO ₂ och höga O ₂ koncentrationer katalyserar rubisco kondensationen av O ₂ . Denna process kallas fotorespiration och den minskar fotosyntetisk effektivitet. För att motverka fotorespiration har vissa växter i tropiska miljöer utvecklat en speciell fotosyntetisk anatomi och fysiologi.

Under C4-metabolismen fixas kol i mesofyllcellerna och Calvin-Benson-cykeln inträffar i klorofyllmantelcellerna. Fixeringen av CO ₂ sker på natten. Det förekommer inte i stroma i kloroplasten, utan i mesofyllcellernas cytosol.

Fixeringen av CO ₂ sker genom en karboxyleringsreaktion. Enzymet som katalyserar reaktionen är fosfoenolpyruvat-karboxylas (PEP-karboxylas), som inte är känsligt för låga koncentrationer av CO ₂ i cellen.

CO ₂ -acceptormolekylen är fosfoenolpyruvinsyra (PEPA). Den erhållna mellanprodukten är oxaloättiksyra eller oxaloacetat. Oxaloacetat reduceras till malat i vissa växtarter eller till aspartat (en aminosyra) i andra.

Därefter rör sig malaten in i cellerna i den vaskulära fotosyntetiska manteln. Här dekarboxyleras och pyruvat och CO ₂ produceras .

CO ₂ går in i Calvin-Benson-cykeln och reagerar med Rubisco för att bilda PGA. För sin del återgår pyruvat till mesofyllceller där det reagerar med ATP för att regenerera koldioxidacceptorn.

CAM-ämnesomsättning

Crassulaceae acid metabolism (CAM) är en annan strategi för CO _2- fixering . Denna mekanism har utvecklats oberoende i olika grupper av saftiga växter.

CAM-växter använder både C3- och C4-vägar, precis som i C4-växter. Men separationen av båda metabolismerna är tillfällig.

CO ₂ fixeras på natten av aktiviteten hos PEP-karboxylas i cytosolen och oxaloacetat bildas. Oxaloacetat reduceras till malat, som lagras i vakuolen som äppelsyra.

Senare, i närvaro av ljus, utvinns äppelsyran från vakuolen. Det dekarboxyleras och CO ₂ överförs till RuBP i Calvin-Benson-cykeln inom samma cell.

CAM-växter har fotosyntetiska celler med stora vakuoler där äppelsyra lagras, och klorplaster där CO ₂ 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 få glukos.

Stärkelse används som reservämne. Det kan samlas på bladet eller transporteras till andra organ som stjälkar och rötter. Där förvaras det tills det krävs i olika delar av växten. Det förvaras i speciella plastider, kallade amyloplaster.

De produkter som erhålls från denna biokemiska cykel är viktiga för växten. Den producerade glukosen används som en kolkälla för att utgöra föreningar såsom aminosyror, lipider och nukleinsyror.

Å andra sidan representerar sockerprodukter från den mörka fasen basen i livsmedelskedjan. Dessa föreningar representerar paket med solenergi transformerad till kemisk energi som används av alla levande organismer.

referenser

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