Fotosynteesi on maapallon elämän perusprosessi, jonka kautta kasvit, levät ja jotkut bakteerit muuttavat aurinkoenergian kemialliseksi energiaksi. Tämä mekanismi on jaettu kahteen päävaiheeseen: vaalea vaihe ja tumma vaihe. Vaikka sen nimi saattaa vihjata toisin, tumma vaihe ei tapahdu valon puuttuessa, vaan se ei yksinkertaisesti ole riippuvainen siitä.
Tässä vaiheessa hiilidioksidi kiinnittyy orgaanisiksi yhdisteiksi sarjan entsyymien säätelemien kemiallisten reaktioiden kautta, mikä johtaa kasvien elämälle välttämättömien molekyylien synteesiin. Yksi tämän vaiheen tärkeimmistä prosesseista on kuuluisa Calvin-sykli, jossa ne syntyvät hiilihydraatit joita kasvi käyttää lähteenä teho ja solurakenteiden rakentamiseen.
Mikä on fotosynteesin pimeä vaihe?
Tunnetaan myös biosynteettisenä faasina tai Calvin-Bensonin syklinä, pimeä faasi on vaihe, jossa hiilidioksidia sisällytetään2 ilmakehän orgaanisissa yhdisteissä. Se tapahtuu kasvisolujen kloroplastien stroomassa ja käyttää valofaasissa syntyviä tuotteita: ATP (adenosiinitrifosfaatti) ja NADPH (pelkistetty nikotiiniamidiadeniinidinukleotidifosfaatti).
Vaikka se ei suoraan vaadi valoa, sen toiminta riippuu siitä, koska monet entsyymit tähän prosessiin osallistuvat riippuvat valon säätelystä ja tekijöistä, kuten lämpötilasta ja CO-pitoisuudesta.2.
Calvin-sykli: avain prosessiin
Calvin-sykli on joukko kemiallisia reaktioita, jotka mahdollistavat hiilen kiinnittymisen orgaanisten yhdisteiden muodossa, joita kasvi voi käyttää. Se on jaettu kolme päävaiheet:
- Hiilen kiinnitys: CO2 sitoutuu ribuloosi-1,5-bisfosfaatti (RuBP) -molekyyliin entsyymin toiminnan ansiosta RuBisCO (ribuloosi-1,5-bisfosfaattikarboksylaasi-oksigenaasi). Tämä johtaa epästabiiliin kuuden hiilen molekyyliin, joka jakautuu kahdeksi 3-fosfoglyseriinihapon (3-PGA) molekyyliksi.
- Vähennys: 3-PGA muunnetaan glyseraldehydi-3-fosfaatiksi (G3P) käyttämällä ATP y NADPH. Joitakin näistä molekyyleistä käytetään glukoosin ja muiden orgaanisten yhdisteiden tuottamiseen.
- RuBP:n regenerointi: Joitakin G3P-molekyylejä kierrätetään ribuloosi-1,5-bisfosfaatin regeneroimiseksi, mikä mahdollistaa syklin jatkumisen.
Hiilen kiinnityksen tyypit
On olemassa erilaisia tapoja, joilla kasvit sitovat hiiltä fotosynteesin pimeässä vaiheessa, riippuen niiden sopeutumisesta ympäristöön:
- C kasvit3: Useimmat kasvit käyttävät tätä menetelmää, jossa CO2 Se liitetään suoraan Calvin-kiertoon.
- C kasvit4: Lämpimissä ympäristöissä jotkut kasvit sitovat hiilidioksidia2 muissa kuin Calvin-syklissä olevissa soluissa, välttäen valohengityksen ja parantaen fotosynteesitehokkuutta.
- CAM-kasvit: Tyypillisesti kuiville alueille nämä kasvit keräävät hiilidioksidia2 yön yli ja säilytä se malaatin muodossa päiväkäyttöä varten.
RuBisCO:n merkitys pimeässä vaiheessa
La RuBisCO Se on entsyymi, joka vastaa CO:n kiinnittämisestä2 Calvinin syklissä ja sitä pidetään biosfäärin runsaimpana. Siinä on kuitenkin vika: se voi myös kiinnittää happea, mikä johtaa valohengitys, prosessi, joka vähentää fotosynteesitehokkuutta. Tästä syystä kasvit ovat kehittyneet strategiat tämän vaikutuksen minimoimiseksi.
Lopputuotteet ja niiden hyödyllisyys
Pimeässä vaiheessa syntyvät tuotteet ovat välttämättömiä kasvin kasvulle ja kehitykselle:
- Glukoosi: käytetään energialähteenä tai varastoidaan tärkkelyksenä.
- Sakkaroosi: kuljetetaan laitoksen muihin osiin välitöntä käyttöä varten.
- Selluloosa: käytetään soluseinien rakentamiseen.
Pimeään vaiheeseen vaikuttavat tekijät
Ympäristöolosuhteet ovat ratkaisevassa roolissa pimeän vaiheen tehokkuudessa:
- lämpötila: Calvin-syklin entsymaattinen aktiivisuus on lämpötilariippuvaista ja on optimaalinen kohtalaisilla alueilla.
- Concentración de CO2: CO:n nousu2 edistää hiilen sitoutumista ja glukoosin tuotantoa.
- ATP:n ja NADPH:n saatavuus: prosessin kannalta välttämättömiä, tulevat kevyestä vaiheesta.
Fotosynteesin ja erityisesti pimeän vaiheen tutkimus herättää edelleen suurta kiinnostusta tiedeyhteisössä, koska sen optimoinnilla voi olla myönteinen vaikutus maataloustuotantoon ja hiilidioksidin vähentämiseen.2 ilmakehän. Calvinin syklin ja sen vaikutusten ymmärtäminen antaa meille mahdollisuuden arvioida tämän prosessin merkitystä planeetan ekologiselle tasapainolle.