Fasa gelap sifat fotosintesis, mekanisme dan produk



The fasa gelap fotosintesis adalah proses biokimia di mana zat-zat organik (berdasarkan karbon) diperoleh daripada bahan-bahan bukan organik. Ia juga dikenali sebagai fasa penetapan karbon atau kitaran Calvin-Benson. Proses ini berlaku di stroma kloroplas.

Dalam fasa gelap, tenaga kimia dibekalkan oleh produk yang dihasilkan dalam fasa cahaya. Produk ini adalah molekul tenaga ATP (adenosine triphosphate) dan NADPH (pengangkut elektron yang berkurangan).

Bahan mentah asas untuk proses dalam fasa gelap adalah karbon, yang diperoleh dari karbon dioksida. Produk akhir adalah karbohidrat mudah atau gula. Sebatian karbon ini diperolehi, adalah asas asas struktur makhluk hidup manusia.

Indeks

  • 1 Ciri umum
  • 2 Mekanisme
    • 2.1 Kitaran Calvin-Benson
    • 2.2 - Metabolisme fotosintesis lain
  • 3 Produk akhir
  • 4 Rujukan

Ciri umum

Fasa fotosintesis dipanggil gelap kerana ia tidak memerlukan penglibatan langsung cahaya matahari untuk pembangunannya. Kitaran ini berlaku pada siang hari.

Fasa gelap berkembang terutamanya dalam stroma kloroplas pada kebanyakan organisme fotosintesis. Stroma adalah matriks yang mengisi rongga dalaman kloroplas di sekitar sistem thylakoid (di mana fasa bercahaya dilakukan).

Enzim yang diperlukan untuk fasa gelap berlaku terdapat di stroma. Yang paling penting dalam enzim ini ialah rubisco (ribulose bisphosphate carboxylase / oxygenase), protein paling banyak, yang mewakili antara 20 hingga 40% daripada semua protein larut yang ada.

Mekanisme

Karbon yang diperlukan untuk proses ini adalah dalam bentuk CO2 (karbon dioksida) di alam sekitar. Dalam kes alga dan sianobakteria CO2 ia dibubarkan di dalam air yang mengelilinginya. Dalam kes tumbuhan, CO2 tiba di sel fotosintesis melalui stomata (sel epidermal).

-Kitaran Calvin-Benson

Kitaran ini mempunyai beberapa reaksi:

Tindak balas awal

CO2 ia diperbetulkan dalam sebatian penerima lima karbon (ribulose 1,5-bisphosphate atau RuBP). Proses ini dipangkin oleh enzim rubisco. Kompaun yang dihasilkan adalah molekul enam karbon. Ia pecah dengan cepat dan membentuk dua senyawa tiga karbon setiap (3-phosphoglycerate atau 3PG).

Proses kedua

Dalam tindak balas ini, tenaga yang disediakan oleh ATP dari fasa cahaya digunakan. Fosforilasi didorong oleh tenaga ATP dan proses pengurangan yang dimediasi oleh NADPH. Oleh itu, 3-phosphoglycerate dikurangkan kepada gliseraldehid 3-fosfat (G3P).

G3P adalah gula tiga fosfat karbon, juga dikenali sebagai trios fosfat. Hanya satu keenam gliseraldehida 3-fosfat (G3P) yang diubah menjadi gula sebagai hasil kitaran.

Metabolisme fotosintesis ini dipanggil C3, kerana produk asas yang anda dapatkan adalah gula tiga karbohidrat.

Proses akhir

Bahagian G3P yang tidak berubah menjadi gula, diproses untuk membentuk ribulosa monophosphate (RuMP). RuMP adalah produk perantaraan yang diubah menjadi ribulose 1,5-bisphosphate (RuBP). Dengan cara ini, penerima CO ditemui semula2 dan kitaran Kelvin-Benson ditutup.

Daripada jumlah RuBP yang dihasilkan dalam kitaran dalam daun biasa, hanya satu pertiga menjadi kanji. Polisakarida ini disimpan dalam kloroplas sebagai sumber glukosa.

Bahagian lain ditukar kepada sukrosa (disaccharide) dan diangkut ke organ-organ lain tumbuhan. Selanjutnya, sukrosa dihidrolisiskan untuk membentuk monosakarida (glukosa dan fruktosa).

-Lain-lain metabolisme fotosintesis

Di bawah keadaan persekitaran tertentu, proses fotosintesis tumbuhan telah berkembang dan menjadi lebih cekap. Ini telah menyebabkan rupa metabolik yang berbeza untuk mendapatkan gula.

Metabolisme C4

Dalam persekitaran yang hangat stomata daun ditutup pada siang hari untuk mengelakkan kehilangan wap air. Oleh itu kepekatan CO2 dalam daun berkurangan berkaitan dengan oksigen (O2). Enzim Rubisco mempunyai pertalian substrat berganda: CO2 dan O2.

Pada kepekatan CO rendah2 dan tinggi O2, rubisco catalyzes O pemeluwapan2. Proses ini dipanggil photorespiration dan mengurangkan kecekapan fotosintesis. Untuk melawan photorespiration, beberapa tumbuh-tumbuhan di persekitaran tropika telah membangunkan anatomi dan fisiologi fotosintesis tertentu.

Semasa metabolisme C4 karbon itu tetap di dalam sel mesofil dan kitaran Calvin-Benson berlaku di dalam sel-sel sarung chlorophylline. Penekanan CO2 Ia berlaku pada waktu malam. Ia tidak berlaku di stroma kloroplas, tetapi di sitosol sel mesophilic.

Penekanan CO2 berlaku oleh tindak balas karboksilasi. Enzim yang mengkatalisis tindak balas adalah phosphoenolpyruvate carboxylase (PEP-carboxylase), yang tidak peka terhadap kepekatan rendah CO2 dalam sel.

Molekul akseptor CO2 Ia adalah asid phosphoenolpyruvic (PEPA). Produk perantaraan yang diperolehi adalah asid oksaloasetik atau oksaloasetat. Oxaloacetate dikurangkan kepada malate di beberapa spesies tumbuhan atau aspartate (asid amino) di lain-lain.

Selanjutnya, malat dipindahkan ke sel-sel vaskular vaskular. Di sini ia disahboksilat dan piruvat dan CO dihasilkan2.

CO2 memasuki kitaran Calvin-Benson dan bertindak balas dengan Rubisco untuk membentuk PGA. Untuk bahagiannya, pyruvate kembali ke sel mesofil di mana ia bertindak balas dengan ATP untuk menjana semula penerima karbon dioksida.

Metabolisme CAM

Metabolisme asid crasuláceas (CAM dalam akronim dalam bahasa Inggeris) adalah satu lagi strategi untuk penetapan CO2. Mekanisme ini telah berkembang secara bebas dalam pelbagai kumpulan tumbuhan berair.

Tumbuhan CAM menggunakan kedua-dua laluan C3 dan C4, seperti yang mereka lakukan dalam tumbuhan C4. Tetapi pemisahan kedua-dua metabolisme adalah sementara.

CO2 ia ditetapkan pada waktu malam oleh aktiviti PEP-karboksilase dalam sitosol dan oksaloasetat terbentuk. Oxaloacetate dikurangkan kepada malate, yang disimpan di dalam vaksin sebagai asid malik.

Selepas itu, dengan kehadiran cahaya, asid malik dipulihkan dari vaksin. Ia adalah decarboxylated dan CO2 dipindahkan ke RuBP kitaran Calvin-Benson dalam sel yang sama.

Tumbuhan CAM mempunyai sel-sel fotosintesis dengan vaksin besar di mana asid malik disimpan, dan kloroplas di mana CO2 yang diperoleh daripada asid malik diubah menjadi karbohidrat.

Produk akhir

Pada akhir fasa gelap fotosintesis, gula yang berbeza dihasilkan. Sucrose adalah produk perantaraan yang cepat digerakkan dari daun ke bahagian lain tumbuhan. Ia boleh digunakan secara langsung untuk mendapatkan glukosa.

Pati digunakan sebagai bahan rizab. Ia boleh mengumpul pada daun atau diangkut ke organ-organ lain seperti batang dan akar. Di sana ia dikekalkan sehingga diperlukan di bahagian-bahagian tanaman yang berlainan. Ia disimpan dalam plastid khas, yang dipanggil amyloplast.

Produk yang diperolehi dari kitaran biokimia ini penting untuk tumbuhan. Glukosa yang dihasilkan digunakan sebagai sumber karbon untuk membuat sebatian seperti asid amino, lipid, asid nukleik.

Sebaliknya, produk gula dari fasa gelap yang dihasilkan mewakili asas rantaian makanan. Sebatian ini mewakili pakej tenaga suria yang diubah menjadi tenaga kimia yang digunakan oleh semua organisma hidup.

Rujukan

  1. Alberts B, Bray D, Lewis J, Raff M, Roberts K, dan JD Watson (1993) Biologi molekul sel. Ed. Ediciones Omega, S.A. ke-3. 1387 ms.
  2. Purba WK, D Sadava, GH Orians dan HC Heller (2003) Kehidupan. Sains Biologi. Edt ke-6. Sinauer Associates, Inc. dan WH Freeman and Company. 1044 p.
  3. Raven PH, RF Evert dan SE Eichhorn (1999) Biologi Tumbuhan. Edt ke-6. WH Freeman dan Syarikat Worth Publishers. 944 p.
  4. Salomo EP, LR Berg dan DW Martin (2001) Biologi. 5th Ed. McGraw-Hill Interamericana. 1237 ms.
  5. Stern KR. (1997). Biologi Tanaman Pengenalan. Wm. C. Brown Publishers. 570 p.