FOTOSENTEZIN KARANLIK EVRESI: ÖZELLIKLERI, MEKANIZMASI, ÜRÜNLERI - BIYOLOJI - 2025

Fotosentez, karanlık faz (karbon göre) organik maddeler inorganik maddelerden elde edildiği biyokimyasal süreç. Aynı zamanda karbon fiksasyon aşaması veya Calvin-Benson döngüsü olarak da bilinir. Bu süreç, kloroplastın stromasında meydana gelir.

Karanlık fazda, kimyasal enerji, ışık fazında üretilen ürünler tarafından sağlanır. Bu ürünler enerjik moleküller ATP (adenozin trifosfat) ve NADPH'dir (indirgenmiş elektron taşıyıcı).

Aydınlık faz ve karanlık faz. Maulucioni, Wikimedia Commons'tan

Karanlık fazdaki proses için temel hammadde, karbondioksitten elde edilen karbondur. Nihai ürün karbonhidratlar veya basit şekerlerdir. Elde edilen bu karbon bileşikleri, canlıların organik yapılarının temelini oluşturur.

Genel özellikleri

Fotosentezin karanlık evresi. pixabay.com

Bu fotosentez aşamasına, gelişmesi için güneş ışığının doğrudan katılımını gerektirmemesi nedeniyle karanlık denir. Bu döngü gün içinde gerçekleşir.

Karanlık faz, çoğu fotosentetik organizmada öncelikle kloroplast stromasında gelişir. Stroma, tilakoid sistemi (ışık fazının gerçekleştiği yer) etrafındaki kloroplastın iç boşluğunu dolduran matristir.

Stromada karanlık fazın oluşması için gerekli enzimler bulunur. Bu enzimlerin en önemlisi, mevcut tüm çözünebilir proteinlerin% 20 ila 40'ını temsil eden en bol protein olan rubiskodur (ribuloz bifosfat karboksilaz / oksijenaz).

mekanizmalar

İşlem için gerekli olan karbon ortamdaki CO ₂ (karbondioksit) şeklindedir. Algler ve siyanobakteriler söz konusu olduğunda, CO ₂ onları çevreleyen suda çözülür. Bitkiler söz konusu olduğunda, CO ₂ stomalar (epidermal hücreler) yoluyla fotosentetik hücrelere ulaşır.

-Calvin-Benson döngüsü

Bu döngü birkaç reaksiyona sahiptir:

Başlangıç ​​reaksiyonu

CO ₂ , bir beş karbonlu akseptör bileşiği bağlanmaz (ribuloz 1,5-bifosfat veya ünite RuBP). Bu süreç rubisco enzimi tarafından katalize edilir. Ortaya çıkan bileşik, altı karbonlu bir moleküldür. Hızlı bir şekilde parçalanır ve her biri üç karbonlu (3-fosfogliserat veya 3PG) iki bileşik oluşturur.

Calvin döngüsü. Calvin-döngüsü4.svg: Mike Jones türevi çalışma: Aibdescalzo, Wikimedia Commons aracılığıyla

İkinci süreç

Bu reaksiyonlarda ATP'nin ışık fazından sağladığı enerji kullanılır. ATP'nin enerji kaynaklı bir fosforilasyonu ve NADPH'nin aracılık ettiği bir indirgeme süreci meydana gelir. Böylece 3-fosfogliserat, gliseraldehit 3-fosfata (G3P) indirgenir.

G3P, trioz fosfat olarak da adlandırılan, fosfatlanmış üç karbonlu bir şekerdir. Gliseraldehit 3-fosfatın (G3P) yalnızca altıda biri, döngünün bir ürünü olarak şekerlere dönüştürülür.

Bu fotosentetik metabolizmaya C3 adı verilir, çünkü elde edilen temel ürün üç karbonlu bir şekerdir.

Son süreç

G3P'nin şekere dönüştürülmeyen kısımları ribuloz monofosfat (RuMP) oluşturmak için işlenir. RuMP, ribuloz 1,5-bifosfata (RuBP) dönüştürülen bir ara üründür. Bu şekilde, CO ₂ alıcısı kurtarılır ve Kelvin-Benson döngüsü kapatılır.

Tipik bir yaprakta döngüde üretilen toplam RuBP'nin sadece üçte biri nişastaya dönüştürülür. Bu polisakkarit, kloroplastta bir glikoz kaynağı olarak depolanır.

Diğer kısım ise sakaroza (bir disakkarit) dönüştürülür ve bitkinin diğer organlarına taşınır. Daha sonra sükroz, monosakkaritler (glikoz ve fruktoz) oluşturmak için hidrolize edilir.

-Diğer fotosentetik metabolizmalar

Özellikle çevre koşullarında, bitkilerin fotosentetik süreci gelişti ve daha verimli hale geldi. Bu, şeker elde etmek için farklı metabolik yolların ortaya çıkmasına neden olmuştur.

C4 metabolizması

Sıcak ortamlarda su buharı kaybını önlemek için yaprağın stomaları gün içinde kapatılır. Bu nedenle, yapraktaki CO ₂ konsantrasyonu, oksijen (O ₂ ) ile ilişkili olarak azalır . Rubisko enzim, bir çift alt-tabaka bir afiniteye sahiptir: CO ₂ ve O ₂ .

Düşük CO 'de ₂ ve yüksek O ₂ konsantrasyonları , rubisko O yoğunlaşmasını katalize ₂ . Bu sürece fotorespirasyon denir ve fotosentetik verimi azaltır. Fotorespirasyona karşı koymak için tropikal ortamlardaki bazı bitkiler belirli bir fotosentetik anatomi ve fizyoloji geliştirdiler.

C4 metabolizması sırasında karbon, mezofil hücrelerinde sabitlenir ve Calvin-Benson döngüsü klorofil kılıf hücrelerinde meydana gelir. CO ₂ fiksasyonu gece meydana gelir. Kloroplastın stromasında değil, mezofil hücrelerinin sitozolünde meydana gelir.

CO sabitleme ₂ bir karboksilleme tepkimesi ile gerçekleşir. Reaksiyonunu katalize eden enzimin CO düşük konsantrasyonlarına karşı duyarlı değildir fosfoenolpıruvat karboksilaz (PEP-karboksilaz) olan ₂ hücresinde.

CO ₂ alıcı molekülü phosphoenolpyruvic asit (PEPA) 'dir. Elde edilen ara ürün, oksaloasetik asit veya oksaloasetattır. Oksaloasetat, bazı bitki türlerinde malata veya diğerlerinde aspartata (bir amino asit) indirgenir.

Daha sonra malat, vasküler fotosentetik kılıfın hücrelerine hareket eder. Burada dekarboksilatlanır ve piruvat ve CO ₂ üretilir .

CO ₂ , Calvin-Benson döngüsüne girer ve Rubisco ile PGA oluşturmak için reaksiyona girer. Piruvat, karbondioksit alıcısını yeniden oluşturmak için ATP ile reaksiyona girdiği mezofil hücrelerine geri döner.

CAM metabolizması

Crassulaceae asit metabolizması (CAM) CO başka bir stratejidir ₂ fiksasyonu . Bu mekanizma, çeşitli etli bitki gruplarında bağımsız olarak gelişmiştir.

CAM bitkileri, tıpkı C4 bitkilerinde olduğu gibi hem C3 hem de C4 yollarını kullanır. Ancak her iki metabolizmanın ayrılması geçicidir.

CO ₂ sitosolda PEP-karboksilaz aktivitesi ile gece sabitlenir ve oksaloasetat oluşturulur. Oksaloasetat, vakuolde malik asit olarak depolanan malata indirgenir.

Daha sonra ışık varlığında, malik asit kofuldan geri kazanılır. Bu dekarboksile edilir ve CO ₂ aynı hücre içinde Calvin-Benson döngüsünün RuBP aktarılır.

CAM bitkileri CO büyük malik asit depolanır vakuol ve kloroplast ile fotosentetik hücrelere sahip ₂ malik asitten elde edilen karbohidratlar dönüşür.

Nihai ürünler

Fotosentezin karanlık evresinin sonunda farklı şekerler üretilir. Sakkaroz, yapraklardan bitkinin diğer kısımlarına hızla hareket eden bir ara üründür. Doğrudan glikoz elde etmek için kullanılabilir.

Nişasta, rezerv madde olarak kullanılır. Yaprak üzerinde birikebilir veya gövde ve kök gibi diğer organlara taşınabilir. Tesisin farklı yerlerinde ihtiyaç duyulana kadar orada tutulur. Amiloplast adı verilen özel plastidlerde depolanır.

Bu biyokimyasal döngüden elde edilen ürünler bitki için hayati önem taşımaktadır. Üretilen glikoz, amino asitler, lipitler ve nükleik asitler gibi bileşikleri oluşturmak için bir karbon kaynağı olarak kullanılır.

Öte yandan, karanlık fazdan üretilen şekerler, besin zincirinin temelini temsil eder. Bu bileşikler, tüm canlı organizmalar tarafından kullanılan kimyasal enerjiye dönüştürülmüş güneş enerjisi paketlerini temsil eder.

Referanslar

1. Alberts B, D Bray, J Lewis, M Raff, K Roberts ve JD Watson (1993) Hücrenin moleküler biyolojisi. 3. Baskı Ediciones Omega, SA 1387 s.
2. Purves WK, D Sadava, GH Orians ve HC Heller (2003) Life. Biyoloji Bilimi. 6th Edt. Sinauer Associates, Inc. ve WH Freeman and Company. 1044, s.
3. Raven PH, RF Evert ve SE Eichhorn (1999) Biology of Plants. 6th Edt. WH Freeman ve Company Worth Yayıncıları. 944 s.
4. Solomon EP, LR Berg ve DW Martin (2001) Biology. 5. Baskı McGraw-Hill Interamericana. 1237, s.
5. Stern KR. (1997). Giriş Bitki Biyolojisi. Wm. C. Brown Publishers. 570 s.