Διαδικασία φωτοσύνθεσης, οργανισμοί, τύποι, παράγοντες και λειτουργίες

Το φωτοσύνθεση Είναι η βιολογική διαδικασία όπου το ηλιακό φως μετατρέπεται σε χημική ενέργεια και αποθηκεύεται σε οργανικά μόρια. Είναι μια σύνδεση μεταξύ της ηλιακής ενέργειας και της ζωής στη Γη.

Μεταβολικά, τα φυτά ταξινομούνται ως αυτοτροφικά. Αυτό σημαίνει ότι δεν χρειάζεται να καταναλώνουν τρόφιμα για να επιβιώσουν, έχοντας τη δυνατότητα να τα παραγάγουν οι ίδιοι μέσω της φωτοσύνθεσης. Όλα τα φυτά, τα άλγη και ακόμη και ορισμένα βακτήρια είναι φωτοσυνθετικοί οργανισμοί, που χαρακτηρίζονται από το πράσινο χρώμα των ιστών ή των δομών.

Αυτή η διαδικασία συμβαίνει σε οργανίδια που ονομάζονται χλωροπλάστες: μεμβρανώδη υποκυτταρικά διαμερίσματα που περιέχουν μια σειρά πρωτεϊνών και ενζύμων που επιτρέπουν την ανάπτυξη σύνθετων αντιδράσεων. Επιπλέον, είναι το φυσικό μέρος όπου αποθηκεύεται χλωροφύλλη, η απαραίτητη χρωστική ουσία για τη φωτοσύνθεση.

Το μονοπάτι που λαμβάνει ο άνθρακας κατά τη διάρκεια της φωτοσύνθεσης, ξεκινώντας με διοξείδιο του άνθρακα και τελειώνει σε ένα μόριο σακχάρου, είναι γνωστό με αξιοθαύμαστες λεπτομέρειες. Η διαδρομή έχει ιστορικά χωριστεί σε φωτεινή φάση και σκοτεινή φάση, διαχωριζόμενη χωριστά στον χλωροπλάστη.

Η φωτεινή φάση λαμβάνει χώρα στη μεμβράνη του χλωροπλάστη θυλακοειδούς και συνεπάγεται τη ρήξη του μορίου του νερού σε οξυγόνο, πρωτόνια και ηλεκτρόνια. Τα τελευταία μεταφέρονται μέσω της μεμβράνης για να δημιουργήσουν μια δεξαμενή ενέργειας με τη μορφή ΑΤΡ και NADPH, τα οποία χρησιμοποιούνται στην επόμενη φάση.

Η σκοτεινή φάση της φωτοσύνθεσης λαμβάνει χώρα στο στρώμα χλωροπλάστη. Συνίσταται στην μετατροπή διοξειδίου του άνθρακα (CO₂) σε υδατάνθρακες, μέσω των ενζύμων του κύκλου Calvin-Benson.

Η φωτοσύνθεση είναι ένα κρίσιμο μονοπάτι για όλους τους ζωντανούς οργανισμούς στον πλανήτη, που χρησιμεύει ως πηγή αρχικής ενέργειας και οξυγόνου. Υποθετικά, εάν η φωτοσύνθεση σταματά να λειτουργεί, ένα γεγονός συμβεί μαζική εξαφάνιση όλων των έμβιων όντων «ανώτερη» σε μόλις 25 χρόνια.

Ευρετήριο

• 1 Ιστορική προοπτική
• 2 Εξίσωση φωτοσύνθεσης
  • 2.1 Γενική εξίσωση
  • 2.2 Φωτεινή και σκοτεινή φάση
  • 2.3 ΔG ° των αντιδράσεων
• 3 Πού συμβαίνει;?
• 4 Διαδικασία (φάσεις)
  • 4.1 Φωτεινή φάση
  • 4.2 Πρωτεΐνες που εμπλέκονται
  • 4.3 Φωτοσυστήματα
  • 4.4 Κυκλική ροή ηλεκτρονίων
  • 4.5 Άλλες χρωστικές ουσίες
  • 4.6 Σκοτεινή φάση
  • 4.7 Κύκλος Calvin
• 5 Φωτοσυνθετικοί οργανισμοί
• 6 Τύποι φωτοσύνθεσης
  • 6.1 Φωτοσύνθεση οξυγόνου και ανοξείδωσης
  • 6.2 Τύποι μεταβολισμών C4 και CAM
  • 6.3 Μεταβολισμός C4
  • 6.4 Φωτοσύνθεση CAM
• 7 Παράγοντες που εμπλέκονται στη φωτοσύνθεση
• 8 Λειτουργίες
• 9 Εξέλιξη
  • 9.1 Οι πρώτες φωτοσυνθετικές μορφές ζωής
  • 9.2 Ρόλος του οξυγόνου στην εξέλιξη
• 10 Αναφορές

Ιστορική προοπτική

Παλαιότερα θεωρήθηκε ότι τα φυτά έλαβαν την τροφή τους χάρη στο χούμο που υπάρχει στο έδαφος, με τρόπο ανάλογο με τη διατροφή των ζώων. Αυτές οι σκέψεις προέρχονταν από αρχαίους φιλοσόφους όπως ο Εμπεδοκλής και ο Αριστοτέλης. Υπολόγισαν ότι οι ρίζες συμπεριφέρθηκαν σαν ομφάλια σκοινιά ή "στόματα" που τροφοδοτούσαν το φυτό.

Το όραμα αυτό άλλαξε σταδιακά χάρη στη σκληρή δουλειά δεκάδων ερευνητών μεταξύ του δέκατου έβδομου και του δέκατου ένατου αιώνα, οι οποίοι αποκάλυψαν τις βάσεις της φωτοσύνθεσης.

Παρατηρήσεις της φωτοσυνθετικής διαδικασίας άρχισαν πριν από περίπου 200 χρόνια, όταν ο Joseph Priestley κατέληξε στο συμπέρασμα ότι η φωτοσύνθεση ήταν το αντίστροφο φαινόμενο της κυτταρικής αναπνοής. Αυτός ο ερευνητής ανακάλυψε ότι όλο το οξυγόνο που υπάρχει στην ατμόσφαιρα παράγεται από τα φυτά, μέσω της φωτοσύνθεσης.

Στη συνέχεια, άρχισαν να εμφανίζονται αξιόλογες ενδείξεις για την ανάγκη ύδρευσης, διοξειδίου του άνθρακα και ηλιακού φωτός για να επιτευχθεί αποτελεσματικά αυτή η διαδικασία.

Στις αρχές του 19ου αιώνα το μόριο της χλωροφύλλης απομονώθηκε για πρώτη φορά και ήταν δυνατόν να καταλάβουμε πώς η φωτοσύνθεση οδηγεί στην αποθήκευση της χημικής ενέργειας.

Η εφαρμογή πρωτοποριακών προσεγγίσεων, όπως η στοιχειομετρία ανταλλαγής αερίων, κατόρθωσε να προσδιορίσει το άμυλο ως προϊόν φωτοσύνθεσης. Επιπλέον, η φωτοσύνθεση ήταν ένα από τα πρώτα θέματα της βιολογίας που μελετήθηκαν μέσω της χρήσης σταθερών ισοτόπων.

Εξίσωση φωτοσύνθεσης

Γενική εξίσωση

Χημικά, η φωτοσύνθεση είναι μια οξειδοαναγωγική αντίδραση όπου ορισμένα είδη οξειδώνουν και απελευθερώνουν τα ηλεκτρόνια τους σε άλλα είδη που μειώνονται.

Η γενική διαδικασία της φωτοσύνθεσης μπορεί να συνοψιστεί στην ακόλουθη εξίσωση: Η₂O + φως + CO₂ → CH₂O + O_2. Όπου ο όρος CH₂Ή (ένα έκτο μόριο γλυκόζης) αναφέρεται σε οργανικές ενώσεις που ονομάζονται σάκχαρα που το φυτό θα χρησιμοποιήσει αργότερα, όπως σακχαρόζη ή άμυλο.

Φωτεινή και σκοτεινή φάση

Αυτή η εξίσωση μπορεί να αναλυθεί σε δύο πιο εξειδικευμένες εξισώσεις για κάθε στάδιο της φωτοσύνθεσης: η φάση φωτός και η σκοτεινή φάση.

Η φάση φωτός παριστάνεται ως: 2Η₂O + φως → 02 + 4Η⁺ + 4ε^-. Ομοίως, η σκοτεινή φάση περιλαμβάνει την ακόλουθη σχέση: CO₂ + 4Η⁺ + 4e- → CH₂O + Η₂Ο.

ΔG° των αντιδράσεων

Ελεύθερη ενέργεια (ΔG°) για αυτές τις αντιδράσεις είναι: +479 kJ · mol^-1, +317 kJ · mol^-1 και +162 kJ · mol^-1, αντίστοιχα. Όπως υποδεικνύεται από τη θερμοδυναμική, το θετικό πρόσημο αυτών των αξιών μεταφράζεται σε μια απαίτηση ενέργειας και ονομάζεται διεργασία ενδοδερμικής.

Από πού λαμβάνει ο φωτοσυνθετικός οργανισμός αυτή την ενέργεια έτσι ώστε να εμφανιστούν οι αντιδράσεις; Από το ηλιακό φως.

Θα πρέπει να αναφερθεί ότι, σε αντίθεση με τη φωτοσύνθεση, η αερόβια αναπνοή είναι μια exergonic διαδικασία - σε αυτή την περίπτωση η αξία .DELTA.G ° συνοδεύεται από ένα αρνητικό πρόσημο - όπου η απελευθερούμενη ενέργεια χρησιμοποιείται από τον οργανισμό. Επομένως, η εξίσωση είναι: CH₂O + O₂ → CO₂ + H₂Ο.

Πού συμβαίνει;?

Στα περισσότερα φυτά, το κύριο όργανο όπου συμβαίνει η διαδικασία είναι στο φύλλο. Σε αυτούς τους ιστούς συναντάμε μικρές σφαιρικές δομές, που ονομάζονται stomata, που ελέγχουν την είσοδο και έξοδο αερίων.

Τα κύτταρα που αποτελούν πράσινο ιστό μπορούν να έχουν μέχρι και 100 χλωροπλάστες μέσα. Αυτά τα διαμερίσματα δομούνται από δύο εξωτερικές μεμβράνες και μια υδατική φάση που ονομάζεται στρώμα όπου βρίσκεται ένα τρίτο σύστημα μεμβράνης: το θυλακοειδές.

Διαδικασία (φάσεις)

Φωτεινή φάση

Η φωτοσύνθεση αρχίζει με τη σύλληψη του φωτός από την πιο άφθονη χρωστική ουσία στον πλανήτη Γη: χλωροφύλλη. Η απορρόφηση του φωτός οδηγεί στη διέγερση των ηλεκτρονίων σε μια υψηλότερη ενεργειακή κατάσταση - μετατρέποντας έτσι την ενέργεια του ήλιου σε πιθανή χημική ενέργεια.

Στην μεμβράνης των θυλακοειδών, οι φωτοσυνθετικές χρωστικές ουσίες οργανώνονται σε fotocentros περιέχουν εκατοντάδες μορίων χρωστικής τα οποία δρουν ως κεραία που απορροφά το φως και μεταφέρει την ενέργεια στο μόριο χλωροφύλλης, που ονομάζεται «κέντρο αντίδρασης».

Το κέντρο αντίδρασης αποτελείται από διαμεμβρανικές πρωτεΐνες συνδεδεμένες με ένα κυτόχρωμα. Μεταφέρει τα ηλεκτρόνια σε άλλα μόρια σε μια αλυσίδα μεταφοράς ηλεκτρονίων μέσω μιας σειράς πρωτεϊνών μεμβράνης. Αυτό το φαινόμενο συσχετίζεται με τη σύνθεση του ΑΤΡ και του NADPH.

Σχετικές πρωτεΐνες

Οι πρωτεΐνες οργανώνονται σε διάφορα σύμπλοκα. Δύο από αυτά είναι τα φωτοσυστήματα Ι και ΙΙ, υπεύθυνα για την απορρόφηση του φωτός και τη μεταφορά του στο κέντρο αντίδρασης. Η τρίτη ομάδα αποτελείται από το σύμπλοκο του κυτοχρώματος bf.

Η ενέργεια που παράγεται από τη βαθμίδα πρωτονίων χρησιμοποιείται από την τέταρτη σύνθετη συνθετάση ΑΤΡ, η οποία συνδυάζει τη ροή των πρωτονίων με τη σύνθεση του ΑΤΡ. Σημειώστε ότι μία από τις πιο σχετικές διαφορές αναφορικά με την αναπνοή είναι ότι η ενέργεια όχι μόνο γίνεται ATP, αλλά και NADPH.

Φωτοσυστήματα

Το σύστημα I αποτελείται από ένα μόριο χλωροφύλλης με κορυφή απορρόφησης 700 νανόμετρα, γι 'αυτό ονομάζεται P₇₀₀. Παρομοίως, η κορυφή απορρόφησης του φωτοσυστήματος II είναι 680, συντομευμένη Ρ₆₈₀.

Το έργο του φωτοσυστήματος Ι είναι η παραγωγή του NADPH και του φωτοσυστήματος II είναι η σύνθεση του ATP. Η ενέργεια που χρησιμοποιείται από το φωτοσύστημα II προέρχεται από τη ρήξη του μορίου του νερού, απελευθερώνοντας πρωτόνια και δημιουργώντας μια νέα κλίση μέσω της μεμβράνης του θυλακοειδούς.

Τα ηλεκτρόνια που προέρχονται από τη ρήξη μεταφέρονται σε μια λιποδιαλυτή ένωση: πλαστοκινόνη, η οποία μεταφέρει τα ηλεκτρόνια από το φωτοσύστημα II στο σύμπλοκο του κυτοχρώματος bf, δημιουργώντας μια επιπλέον άντληση πρωτονίων.

Από το σύστημα φωτοσυστήματος ΙΙ, τα ηλεκτρόνια περνούν στην πλακοκυανίνη και στο φωτοσύστημα Ι, το οποίο χρησιμοποιεί ηλεκτρόνια υψηλής ενέργειας για τη μείωση του NADP⁺ στο NADPH. Τα ηλεκτρόνια φτάνουν τελικά στη σιδηροδροξίνη και παράγουν το NADPH.

Ηλεκτρονική κυκλική ροή

Υπάρχει μια εναλλακτική οδός όπου η σύνθεση του ΑΤΡ δεν συνεπάγεται σύνθεση ΝΑϋΡΗ, γενικά για την παροχή ενέργειας σε μεταβολικές διεργασίες που έχουν ανάγκη. Επομένως, η απόφαση αν το ATP ή το NADPH παράγεται, εξαρτάται από τις στιγμιαίες ανάγκες του κυττάρου.

Αυτό το φαινόμενο περιλαμβάνει τη σύνθεση του ΑΤΡ από το φωτοσύστημα Ι. Τα ηλεκτρόνια δεν μεταφέρονται στο NADP⁺, αλλά στο σύμπλοκο του κυτοχρώματος bf, δημιουργώντας μια βαθμίδα ηλεκτρονίων.

Η πλαστοκυανίνη επιστρέφει τα ηλεκτρόνια στο φωτοσύστημα Ι, ολοκληρώνοντας τον κύκλο μεταφοράς και αντλώντας τα πρωτόνια στο σύμπλοκο του κυτοχρώματος bf.

Άλλες χρωστικές ουσίες

Η χλωροφύλλη δεν είναι η μόνη χρωστική ουσία που διαθέτουν τα φυτά, υπάρχουν επίσης τα αποκαλούμενα «βοηθητικά χρωστικά», συμπεριλαμβανομένων των καροτενοειδών.

Στην φωτεινή φάση της φωτοσύνθεσης συμβαίνει η παραγωγή στοιχείων δυνητικά επιβλαβών για το κύτταρο, όπως το "οξυγόνο σε απλή". Τα καροτενοειδή είναι υπεύθυνα για την πρόληψη του σχηματισμού σύνθετων ουσιών ή την πρόληψη βλάβης των ιστών.

Αυτές οι χρωστικές είναι αυτές που παρατηρούμε το φθινόπωρο, όταν τα φύλλα χάνουν το πράσινο χρώμα τους και γίνονται κίτρινα ή πορτοκαλιά, αφού τα φυτά υποβαθμίζουν την χλωροφύλλη για να αποκτήσουν άζωτο.

Σκοτεινή φάση

Ο στόχος αυτής της αρχικής διαδικασίας είναι η χρήση ηλιακής ενέργειας για την παραγωγή του NADPH (φωσφορικό νικοτιναμιδο-αδενινο δινουκλεοτίδιο ή «μείωση της ισχύος») και ΑΤΡ (τριφωσφορική αδενοσίνη ή «ενέργεια νόμισμα του κυττάρου»). Αυτά τα στοιχεία θα χρησιμοποιηθούν στη σκοτεινή φάση.

Πριν περιγράψουμε τα βιοχημικά βήματα που ενέχονται σε αυτή τη φάση, είναι απαραίτητο να διευκρινιστεί ότι, αν και το όνομά του είναι "σκοτεινή φάση", δεν εμφανίζεται απαραιτήτως στο απόλυτο σκοτάδι. Ιστορικά, ο όρος προσπάθησε να κάνει αναφορά στην ανεξαρτησία του φωτός. Με άλλα λόγια, η φάση μπορεί να συμβεί παρουσία ή απουσία φωτός.

Ωστόσο, καθώς η φάση εξαρτάται από τις αντιδράσεις που συμβαίνουν στην φάση φωτός - η οποία απαιτεί φως - είναι σωστό να αναφερθούμε σε αυτή τη σειρά βημάτων ως αντιδράσεις άνθρακα.

Κύκλου Calvin

Σε αυτή τη φάση εμφανίζεται ο κύκλος Calvin ή τρεις διαδρομές άνθρακα, μια βιοχημική διαδρομή που περιγράφεται το 1940 από τον αμερικανικό ερευνητή Melvin Calvin. Η ανακάλυψη του κύκλου απονεμήθηκε το βραβείο Νόμπελ το 1961.

Γενικά, περιγράφονται τρία βασικά στάδια του κύκλου: η καρβοξυλίωση του δέκτη CO₂, τη μείωση του 3-φωσφογλυκερικού και την αναγέννηση του δέκτη CO₂.

Ο κύκλος αρχίζει με την ενσωμάτωση ή "σταθεροποίηση" του διοξειδίου του άνθρακα. Μειώστε τον άνθρακα για να αποκτήσετε υδατάνθρακες, με την προσθήκη ηλεκτρονίων, και χρησιμοποιήστε το NADPH ως μειωτική ισχύ.

Σε κάθε γύρο ο κύκλος απαιτεί την ενσωμάτωση ενός μορίου διοξειδίου του άνθρακα, το οποίο αντιδρά με διφωσφορική ριβουλόζη, δημιουργώντας δύο ενώσεις τριών ανθράκων που θα μειωθούν και θα αναγεννηθούν ένα μόριο ριβουλόζης. Τρεις στροφές του κύκλου καταλήγουν σε ένα μόριο φωσφορικής γλυκεραλδεΰδης.

Ως εκ τούτου, για να δημιουργηθεί ένα ζάχαρο έξι-άνθρακα όπως είναι η γλυκόζη, απαιτούνται έξι κύκλοι.

Φωτοσυνθετικοί οργανισμοί

Η φωτοσυνθετική ικανότητα των οργανισμών εμφανίζεται σε δύο από τους τομείς, που αποτελούνται από βακτήρια και ευκαρυωτικά. Με βάση αυτά τα στοιχεία, τα άτομα που καταλαβαίνουν τον τομέα των αρχαίων στερούνται αυτού του βιοχημικού μονοπατιού.

Οι φωτοσυνθετικοί οργανισμοί εμφανίστηκαν περίπου 3,2 έως 3,5 δισεκατομμύρια έτη πριν, όπως οι δομημένοι στροματόλιθοι παρόμοιοι με ένα σύγχρονο κυανοβακτήριο.

Λογικά, ένας φωτοσυνθετικός οργανισμός δεν μπορεί να αναγνωριστεί ως τέτοιος σε απολιθωμένα αρχεία. Ωστόσο, μπορούν να γίνουν συμπεράσματα λαμβάνοντας υπόψη τη μορφολογία τους ή το γεωλογικό πλαίσιο.

Σε σχέση με τα βακτήρια, η ικανότητα να πάρει το ηλιακό φως και να μετατραπεί σε σάκχαρα φαίνεται να είναι ευρέως κατανεμημένη σε αρκετές Phyla, αν και δεν φαίνεται να υπάρχει ένα προφανές μοντέλο εξέλιξης.

Τα πιο πρωτόγονα φωτοσυνθετικά κύτταρα βρίσκονται στα βακτήρια. Αυτά έχουν τη βακτηριοχλωροφυλλική χρωστική και όχι την γνωστή χλωροφύλλη των πράσινων φυτών.

Οι φωτοσυνθετικές βακτηριακές ομάδες περιλαμβάνουν κυανοβακτήρια, πρωτό βακτήρια, πράσινα βακτήρια θείου, στερεοτυπικά, νηματοειδή ανόξινα φωτότροφα και όξινα βακτήρια.

Όσο για τα φυτά, όλοι έχουν την ικανότητα να διεξάγουν φωτοσύνθεση. Στην πραγματικότητα, είναι το πιο χαρακτηριστικό χαρακτηριστικό αυτής της ομάδας.

Τύποι φωτοσύνθεσης

Οξειδωτική και ανοξείδωτη φωτοσύνθεση

Η φωτοσύνθεση μπορεί να ταξινομηθεί με διάφορους τρόπους. Μια πρώτη ταξινόμηση λαμβάνει υπόψη το αν ο οργανισμός χρησιμοποιεί νερό για τη μείωση του διοξειδίου του άνθρακα. Έτσι, έχουμε οξυγονικούς φωτοσυνθετικούς οργανισμούς, οι οποίοι περιλαμβάνουν φυτά, άλγη και κυανοβακτήρια.

Αντίθετα, όταν το σώμα δεν χρησιμοποιεί νερό, ονομάζονται ανοξείδωτοι φωτοσυνθετικοί οργανισμοί. Αυτή η ομάδα περιλαμβάνει τα πράσινα και μοβ βακτήρια, για παράδειγμα τα γένη Χλωρώδιο και Χρώμιο, που χρησιμοποιούν θείο ή αέριο υδρογόνο για τη μείωση του διοξειδίου του άνθρακα.

Αυτά τα βακτήρια δεν είναι σε θέση να προσφύγουν στη φωτοσύνθεση παρουσία οξυγόνου, χρειάζονται ένα αναερόβιο μέσο. Επομένως, η φωτοσύνθεση δεν οδηγεί στην παραγωγή οξυγόνου - εξ ου και το όνομα "ανόξινο".

Τύποι μεταβολισμών₄ και CAM

Η φωτοσύνθεση μπορεί επίσης να ταξινομηθεί σύμφωνα με τις φυσιολογικές προσαρμογές των φυτών.

Η μείωση του CO συμβαίνει σε φωτοσυνθετικούς ευκαρυώτες₂ που προέρχονται από την ατμόσφαιρα στους υδατάνθρακες στον κύκλο Calvin. Αυτή η διαδικασία αρχίζει με το ένζυμο rubisco (ριβουλόζη-1,5-δισφωσφορική καρβοξυλάση / οξυγενάση) και η πρώτη σταθερή ένωση που σχηματίζεται είναι το 3-φωσφογλυκερικό οξύ,.

Σε συνθήκες θερμικής καταπόνησης, που ονομάζεται υψηλή ακτινοβολία ή ξηρασία, το ένζυμο rubisco δεν μπορεί να διαφοροποιήσει το O₂ και το CO₂. Αυτό το φαινόμενο μειώνει σημαντικά την αποτελεσματικότητα της φωτοσύνθεσης και ονομάζεται φωτοαναπνοή.

Για αυτούς τους λόγους υπάρχουν φυτά με ειδικούς φωτοσυνθετικούς μεταβολισμούς που τους επιτρέπουν να αποφύγουν την εν λόγω ταλαιπωρία.

Μεταβολισμός C4

Μεταβολισμός τύπου Γ₄ Στόχος του είναι να συγκεντρωθεί το διοξείδιο του άνθρακα. Πριν από τη δράση του Rubisco, φυτά C₄ πραγματοποιήσει μια πρώτη καρβοξυλίωση από το PEPC.

Σημειώστε ότι υπάρχει ένας χωρικός διαχωρισμός μεταξύ των δύο καρβοξυλιώσεων. Τα φυτά C₄ Διακρίνονται από την ύπαρξη ανατομίας "kranz" ή corona, που σχηματίζεται από μεσόφιλα κύτταρα και είναι φωτοσυνθετικά, σε αντίθεση με αυτά τα κύτταρα σε φυσιολογική φωτοσύνθεση ή C₃.

Σε αυτά τα κύτταρα η πρώτη καρβοξυλίωση λαμβάνει χώρα από το PEPC, δίδοντας ως προϊόν οξαλοξικό άλας, το οποίο μειώνεται σε μηλικό. Αυτό διαχέεται στο κελί του κελύφους, όπου συμβαίνει μια διαδικασία αποκαρβοξυλάωσης που παράγει CO₂. Το διοξείδιο του άνθρακα χρησιμοποιείται στη δεύτερη καρβοξυλίωση που κατευθύνεται από το rubisco.

Photosynthesis CAM

Η CAM φωτοσύνθεση ή ο μεταβολισμός οξέων της crasuláceas είναι μια προσαρμογή των φυτών που ζουν σε κλίμα ακραίας ξηρότητας και είναι χαρακτηριστική των φυτών όπως ο ανανάς, οι ορχιδέες, τα γαρίφαλα, μεταξύ άλλων.

Η αφομοίωση του διοξειδίου του άνθρακα στα φυτά CAM συμβαίνει στις νυχτερινές ώρες, αφού η απώλεια νερού από το άνοιγμα των στοματών θα είναι μικρότερη από την ημέρα.

Το CO₂ συνδυάζεται με την PEP, μια αντίδραση που καταλύεται από την PEPC, σχηματίζοντας μηλικό οξύ. Αυτό το προϊόν αποθηκεύεται σε κενοτόπια που απελευθερώνουν το περιεχόμενό τους τις πρωινές ώρες, κατόπιν αποκαρβοξυλιώνεται και το CO₂ καταφέρνει να ενταχθεί στον κύκλο Calvin.

Παράγοντες που εμπλέκονται στη φωτοσύνθεση

Μεταξύ των περιβαλλοντικών παραγόντων που εμπλέκονται στην αποτελεσματικότητα της φωτοσύνθεσης τονίζονται: η ποσότητα του CO που υπάρχει₂ και του φωτός, της θερμοκρασίας, της συσσώρευσης φωτοσυνθετικών προϊόντων, της ποσότητας οξυγόνου και της διαθεσιμότητας του νερού.

Οι συντελεστές των φυτών έχουν επίσης θεμελιώδη ρόλο, όπως η ηλικία και η κατάσταση ανάπτυξης.

Η συγκέντρωση του CO₂ στο περιβάλλον είναι χαμηλή (δεν υπερβαίνει το 0,03% του όγκου), επομένως κάθε ελάχιστη μεταβολή έχει αξιοσημείωτες συνέπειες στη φωτοσύνθεση. Επιπλέον, τα φυτά είναι ικανά μόνο 70 ή 80% του υπάρχοντος διοξειδίου του άνθρακα.

Αν δεν υπάρχουν περιορισμοί από τις άλλες μεταβλητές που αναφέρθηκαν, διαπιστώνουμε ότι η φωτοσύνθεση θα εξαρτηθεί από την ποσότητα CO₂ διαθέσιμη.

Με τον ίδιο τρόπο, η ένταση του φωτός είναι ζωτικής σημασίας. Σε περιβάλλοντα με χαμηλές εντάσεις, η διαδικασία αναπνοής θα ξεπεράσει τη φωτοσύνθεση. Για το λόγο αυτό, η φωτοσύνθεση είναι πολύ πιο ενεργή στις ώρες όταν η ηλιακή ένταση είναι υψηλή, όπως στις πρώτες πρωινές ώρες.

Ορισμένα φυτά μπορεί να επηρεάζονται περισσότερο από άλλα. Για παράδειγμα, τα χόρτα της χορτονομής δεν είναι πολύ ευαίσθητα στον συντελεστή θερμοκρασίας.

Λειτουργίες

Η φωτοσύνθεση είναι μια ζωτικής σημασίας διαδικασία για όλους τους οργανισμούς στον πλανήτη Γη. Αυτός ο τρόπος είναι υπεύθυνος για την υποστήριξη όλων των μορφών ζωής, που είναι η πηγή οξυγόνου και η βάση όλων των υφιστάμενων τροφικών αλυσίδων, καθώς διευκολύνει τη μετατροπή της ηλιακής ενέργειας σε χημική ενέργεια.

Με άλλα λόγια, η φωτοσύνθεση παράγει το οξυγόνο που αναπνέουμε - όπως αναφέρθηκε παραπάνω, αυτό το στοιχείο είναι υποπροϊόν της διαδικασίας - και τα τρόφιμα που καταναλώνουμε καθημερινά. Σχεδόν όλοι οι ζωντανοί οργανισμοί χρησιμοποιούν οργανικές ενώσεις που προέρχονται από τη φωτοσύνθεση ως πηγή ενέργειας.

Σημειώστε ότι οι αερόβιοι οργανισμοί είναι σε θέση να εξάγουν ενέργεια από οργανικές ενώσεις που παράγονται με φωτοσύνθεση μόνο παρουσία οξυγόνου - το οποίο είναι επίσης προϊόν της διαδικασίας.

Στην πραγματικότητα, η φωτοσύνθεση είναι ικανή να μετατρέψει έναν επιδεινωμένο αριθμό (200 δισεκατομμυρίων τόνων) διοξειδίου του άνθρακα σε οργανικές ενώσεις. Όσον αφορά το οξυγόνο, εκτιμάται ότι η παραγωγή κυμαίνεται από 140 δισεκατομμύρια τόνους.

Επιπλέον, η φωτοσύνθεση μας παρέχει την περισσότερη ενέργεια (περίπου το 87%) που χρησιμοποιεί η ανθρωπότητα για να επιβιώσει, με τη μορφή απολιθωμένων φωτοσυνθετικών καυσίμων.

Εξέλιξη

Οι πρώτες φωτοσυνθετικές μορφές ζωής

Υπό το φως της εξέλιξης, η φωτοσύνθεση φαίνεται να είναι μια πολύ παλιά διαδικασία. Υπάρχουν πολλά αποδεικτικά στοιχεία που εντοπίζουν την προέλευση αυτού του δρόμου κοντά στην εμφάνιση των πρώτων μορφών ζωής.

Όσον αφορά την προέλευση των ευκαρυωτικών, υπάρχουν εντυπωσιακά στοιχεία που προτείνουν την ενδοσυμμυρίωση ως πιο εύλογη εξήγηση για τη διαδικασία.

Έτσι, οργανισμοί που μοιάζουν με κυανοβακτήρια θα μπορούσαν να γίνουν χλωροπλάστες, χάρη στις ενδοσμπιμωτικές σχέσεις με μεγαλύτερους προκαρυώτες. Επομένως, η εξελικτική προέλευση της φωτοσύνθεσης γεννάται στον βακτηριακό τομέα και μπορεί να διανεμηθεί χάρη σε μαζικά και επαναλαμβανόμενα συμβάντα οριζόντιας γονιδιακής μεταφοράς.

Ο ρόλος του οξυγόνου στην εξέλιξη

Δεν υπάρχει αμφιβολία ότι η ενεργητική μετατροπή του φωτός μέσω της φωτοσύνθεσης έχει διαμορφώσει το σημερινό περιβάλλον του πλανήτη γη. Η φωτοσύνθεση, θεωρούμενη ως καινοτομία, εμπλουτίζει την ατμόσφαιρα του οξυγόνου και προκαλεί επανάσταση στην ενεργειακή κατάσταση των μορφών ζωής.

Όταν άρχισε η απελευθέρωση του Ο₂ από τους πρώτους φωτοσυνθετικούς οργανισμούς, πιθανώς διαλύθηκε στο νερό των ωκεανών, μέχρι να κορεστεί. Επιπλέον, το οξυγόνο θα μπορούσε να αντιδράσει με το σίδηρο, κατακρημνισμένο με τη μορφή οξειδίου του σιδήρου, που αποτελούν σήμερα μια ανεκτίμητη πηγή ορυκτών.

Το υπερβολικό οξυγόνο προχώρησε στην ατμόσφαιρα, για να συγκεντρωθεί τελικά εκεί. Αυτή η τεράστια αύξηση της συγκέντρωσης του Ο₂ Έχει σημαντικές συνέπειες: βλάβη σε βιολογικές δομές και ένζυμα, καταδικάζοντας πολλές ομάδες προκαρυωτών.

Αντίθετα, άλλες ομάδες παρουσίασαν προσαρμογές για να ζήσουν στο νέο πλούσιο σε οξυγόνο περιβάλλον, διαμορφωμένο από φωτοσυνθετικούς οργανισμούς, πιθανώς αρχαία κυανοβακτήρια..

Αναφορές

1. Berg, J. Μ., Stryer, L., & Tymoczko, J.L. (2007). Βιοχημεία. Αντίστροφα.
2. Blankenship, R.E. (2010). Πρώιμη Εξέλιξη της Φωτοσύνθεσης. Φυσιολογία φυτών, 154(2), 434-438.
3. Campbell, Α, Ν., & Reece, J. Β. (2005). Βιολογία. Ed. Panamericana Medical.
4. Cooper, G. Μ., & Hausman, R. Ε. (2004). Το κελί: Μοριακή προσέγγιση. Medicinska naklada.
5. Curtis, Η., & Schnek, Α. (2006). Πρόσκληση στη Βιολογία. Ed. Panamericana Medical.
6. Curtis, Η., & Schnek, Α. (2008). Curtis. Βιολογία. Ed. Panamericana Medical.
7. Eaton-Rye, J.J., Tripathy, Β. C., & Sharkey, Τ. ​​D. (Eds.). (2011). Φωτοσύνθεση: βιολογία των πλαστικών, μετατροπή ενέργειας και αφομοίωση άνθρακα (Τόμος 34). Springer Science & Business Media.
8. Hohmann-Marriott, Μ. F., & Blankenship, R.E. (2011). Εξέλιξη της φωτοσύνθεσης. Ετήσια επισκόπηση της φυτικής βιολογίας, 62, 515-548.
9. Koolman, J., & Röhm, Κ. Η. (2005). Βιοχημεία: κείμενο και άτλας. Ed. Panamericana Medical.
10. Palade, G. Ε., & Rosen, W. G. (1986). Κυτταρική Βιολογία: Βασική Έρευνα και Εφαρμογές. Εθνικές Ακαδημίες.
11. Posada, J. Ο. S. (2005). Ιδρύματα για τη δημιουργία βοσκοτόπων και καλλιεργειών κτηνοτροφικών φυτών. Πανεπιστήμιο της Αντιοκίας.
12. Taiz, L., & Zeiger, Ε. (2007). Φυσιολογία φυτών. Πανεπιστήμιο Jaume Ι.