Что происходит в темновой фазе фотосинтеза - основные процессы и функции
Огород

Что происходит в темновой фазе фотосинтеза - основные процессы и функции

  • 19-июл-2023, 09:45

Фотосинтез, являющийся одним из наиболее важных процессов в мире живой природы, протекает в двух основных фазах: световой и темновой. В световой фазе под действием солнечного света растения поглощают энергию, которая необходима для превращения углекислого газа и воды в органические вещества и кислород.

Однако, световая фаза фотосинтеза, являющаяся обычно более известной, не может протекать без темновой фазы. Именно в темновой фазе происходят реакции, которые приводят к образованию глюкозы и других сложных органических соединений. Темновая фаза фотосинтеза основана на процессе Кальвина, в котором используется энергия, накопленная в световой фазе и передающаяся в виде носителей энергии.

Основные процессы, которые происходят в темновой фазе фотосинтеза, включают фиксацию углекислого газа, образование глюкозы, регенерацию компонентов системы и синтез других органических веществ. Фиксация углекислого газа - это процесс, в котором углекислый газ превращается в органические соединения при помощи ферментов растений.

В процессе образования глюкозы, прекурсоры (вещества-предшественники) углекислого газа конвертируются в глюкозу через цикл Кальвина. Различные ферменты, включая рибулозобисфосфаткарбоксилазу, играют ключевую роль в этом процессе. Важно отметить, что глюкоза является основным источником энергии и питательных веществ для растений.

Темновая фаза фотосинтеза:

Во время темновой фазы фотосинтеза происходят реакции, которые не требуют энергии света и используют продукты, полученные в световой фазе. Главной функцией темновой фазы является синтез органических веществ, основным из которых является глюкоза.

Процессы, происходящие в темновой фазе фотосинтеза, называются циклом Кальвина. Они заключаются в превращении углекислого газа (CO₂), полученного из атмосферы через пузырьки на листьях, в органические соединения. Главной реакцией темновой фазы является фиксация углерода, то есть превращение CO₂ в циклическую молекулу рибулозо-1,5-бисфосфат (RuBP).

Цикл Кальвина состоит из нескольких стадий: фиксация CO₂, образование 3-фосфоглицеринового альдегида (3-PGA), синтез глюкозы и обновление RuBP. В результате процессов, происходящих в темновой фазе, растение получает энергию и строительные материалы для роста и развития.

Темновая фаза фотосинтеза выполняет важную функцию в жизнедеятельности растений, так как она обеспечивает синтез глюкозы, основного источника энергии для всех клеточных процессов. Глюкоза может использоваться для синтеза других органических веществ, таких как клеточные структуры, белки и липиды.

Важно отметить, что темновая фаза фотосинтеза не является совершенно темной, так как происходит в светлых клетках растения. Она получила свое название для того, чтобы отличить ее от световой фазы, которая зависит непосредственно от освещения.

Основные процессы:

Что происходит в темновой фазе фотосинтеза - основные процессы и функции

В темновой фазе фотосинтеза происходят несколько основных процессов, которые обеспечивают синтез органических соединений в растении.

ПроцессФункция
КарбонизацияПроцесс фиксации углекислого газа (CO2) за счет реакции с рибулозо-1,5-бисфосфатом при помощи фермента рибулозо-1,5-бисфосфаткарбоксилазы/оксигеназы (RuBisCO).
КонверсияПроцесс превращения фиксированного углекислого газа в более сложные органические соединения, такие как глюкоза, через серию биохимических реакций, включая цикл Кальвина.
Регенерация рибулозо-1,5-бисфосфатаПроцесс восстановления используемого рибулозо-1,5-бисфосфата за счет реакций регенерации, чтобы поддерживать постоянную концентрацию этого вещества в растительной клетке.

Все эти процессы необходимы для обеспечения энергией и органическими соединениями жизнедеятельности растительной клетки и, в конечном счете, всего растения.

Углеродное фиксирование:

Углеродное фиксирование происходит в клетках хлоропластов растительных клеток, в основном в хлорластидах – органеллах, ответственных за фотосинтез. В процессе углеродного фиксирования, СО2 соединяется с рибулоз-1,5-бисфосфатом (RuBP) с помощью фермента рибулозо-1,5-бисфосфаткарбоксилазы/оксигеназы (RuBisCO) в реакции, называемой Calvin-Benson цикл.

В результате цикла Кальвина-Бенсона одна молекула СО2 присоединяется к одной молекуле RuBP, образуя шестиуглеродный соединитель, который затем распадается на две молекулы трехуглеродного соединителя – 3-фосфоглицериновой кислоты (3-PGA). Далее, эти молекулы 3-PGA претерпевают ряд последовательных реакций, в процессе которых образуется глюкоза. Глюкоза используется растениями для синтеза более сложных углеводов, таких как крахмал и сахароза.

ВеществоФормулаКоличество атомов углерода
Один молекул СО221
Один молекул RuBPC5H5O5P5
Две молекулы 3-PGAC3H7O6P3х2 = 6

Углеродное фиксирование является важным процессом, поскольку оно позволяет растениям использовать углерод из атмосферы для создания органических соединений, необходимых для жизнедеятельности растений. Кроме того, углеродное фиксирование является ключевым шагом в цикле углерода и играет важную роль в борьбе с изменением климата, поскольку растения поглощают значительное количество углекислого газа в процессе фотосинтеза.

Конверсия в гликолитические интермедиаты:

Что происходит в темновой фазе фотосинтеза - основные процессы и функции

Глицеральдегид-3-фосфат (Г3Ф) образуется в реакции фиксации СО2 с участием Рибулозо-1,5-бисфосфата. Г3Ф является промежуточным соединением, которое может быть использовано для синтеза глюкозы или других органических соединений.

Фосфоенолпируват (ФЕП) образуется в реакции карбоксилизации Рибулозо-1,5-бисфосфата с помощью фосфоэнолпируваткарбоксилазы. ФЕП служит исходным компонентом для синтеза глюкозы и других сложных углеводов.

Конверсия продуктов фотолиза в гликолитические интермедиаты является важным шагом в темновой фазе фотосинтеза, поскольку это позволяет растениям эффективно использовать энергию от световых реакций для синтеза органических соединений и поддержания своего метаболизма.

Функции:

Темновая фаза фотосинтеза играет важную роль в обмене веществ растения. Она позволяет превратить полученную из световой фазы энергию в химически связанную. В процессе темновой фазы осуществляются следующие функции:

1. Фиксация углекислого газа: В ходе темновой фазы растение преобразует углекислый газ (СО2), поглощенный из атмосферы, в органические вещества. Это происходит благодаря специальному ферменту, рибулозо-бифосфаткарбоксилазе.

2. Конверсия веществ: В процессе темновой фазы принимают участие различные ферменты и энергетические молекулы, которые обеспечивают переконвертацию органических веществ. Из одного органического соединения образуются другие, происходит синтез сахаров, крахмала и других пищевых веществ для растения.

3. Сбор и сохранение энергии: Темновая фаза фотосинтеза не только передает полученную энергию в виде химических связей, но и способна сохранять ее. Это позволяет растению использовать энергию, которая была получена в световой фазе, в периоды отсутствия света или недостаточной интенсивности.

4. Регуляция обмена веществ: Темновая фаза фотосинтеза контролирует обмен веществ в растении, обеспечивая эффективное использование полученных органических веществ. Она позволяет растению регулировать скорость фотосинтеза в зависимости от внешних условий.

5. Запасание энергии: Темновая фаза фотосинтеза позволяет растению запасать избыточные органические вещества в виде крахмала или других запасных форм. Это позволяет растению обеспечить себя питательными веществами в периоды, когда условия для фотосинтеза неблагоприятны.

Все эти функции тесно связаны и обеспечивают нормальное функционирование растений, позволяя им расти и развиваться.

Образование органических соединений:

Что происходит в темновой фазе фотосинтеза - основные процессы и функции

Процесс образования органических соединений начинается с захвата углекислого газа молекулой рибулозо-1,5-бисфосфата (RuBP). При этом молекула RuBP проходит серию реакций, в результате которых образуется 3-фосфоглицериновая кислота (3-PGA).

Далее 3-PGA превращается в глицерин-3-фосфат. В конечном итоге, с помощью ферментов и энергии из АТФ и НАДФН, глицерин-3-фосфат превращается в глюкозу. Глюкоза может использоваться для синтеза других органических соединений, таких как крахмал, целлюлоза и другие углеводы. Она также может быть преобразована в жиры или использоваться как энергетический источник во время клеточного дыхания.

Таким образом, образование органических соединений в темновой фазе фотосинтеза играет решающую роль в построении структуры клетки, обеспечении энергетического обмена и роста растений.

Регенерация акцептора CO2:

Что происходит в темновой фазе фотосинтеза - основные процессы и функции

Процесс регенерации RuBP осуществляется через серию химических реакций, известных как цикл Кальвина. Этот цикл состоит из трех основных стадий: карбоксилирование, редукция и регенерация акцептора CO2.

В стадии карбоксилирования молекулы CO2 присоединяются к RuBP, образуя шестичленный нестабильный промежуточный продукт, который быстро распадается на две трехугольные молекулы, известные как 3-фосфоглицериновая кислота или 3-ФГК.

В стадии редукции, 3-ФГК превращается в глицериновый альдегид, который затем образует глюкозу и другие углеводы. При этом редукция трех молекул 3-ФГК требует использования шести молекул АТФ и шести молекул НАДФН, которые образуются во время световой фазы фотосинтеза.

Наконец, в стадии регенерации акцептора CO2, одна молекула глюкозы возвращается обратно в цикл Кальвина и превращается в RuBP. Это осуществляется через несколько реакций, в результате которых образуется гляцин и несколько других промежуточных соединений, которые в конечном итоге превращаются в RuBP.

Регенерация акцептора CO2 является важным процессом, который позволяет растениям продолжать фиксировать и использо-вать углекислый газ в темновой фазе фотосинтеза. Она обеспечивает постоянный цикл использования CO2 и поддерживает стабильность фотосинтетической активности растений.

Вопрос-ответ:

Что происходит в темновой фазе фотосинтеза?

В темновой фазе фотосинтеза происходят реакции, которые завершают процесс превращения световой энергии в химическую энергию, а именно синтез аминокислот, жиров и углеводов.

Какие процессы происходят в темновой фазе фотосинтеза?

В темновой фазе фотосинтеза происходит фиксация и снижение CO2, синтез аминокислот, жиров и углеводов, а также регенерация рубиско и образование NADPH.

Какие функции выполняет темновая фаза фотосинтеза?

Темновая фаза фотосинтеза выполняет функции синтеза органических веществ, необходимых для роста растения, восстановления потерянных электронов и регенерации рубиско, который участвует в фиксации CO2.

Зачем растениям нужна темновая фаза фотосинтеза?

Темновая фаза фотосинтеза необходима растениям для синтеза органических веществ, таких как аминокислоты, жиры и углеводы, которые являются основными источниками энергии и строительными материалами. Она также позволяет растениям восстанавливать электроны, потерянные в световой фазе фотосинтеза, и регенерировать рубиско, необходимое для фиксации CO2 и проведения фотосинтеза.

Яндекс.Метрика