Fotosentez, bitkilerin, alglerin ve bazı bakterilerin güneş enerjisini kimyasal enerjiye dönüştürdüğü, Dünya'daki yaşamın temel bir sürecidir. Bu mekanizma iki ana faza ayrılır: Aydınlık faz ve karanlık faz. Adından da anlaşılabileceği gibi karanlık evre ışığın yokluğunda oluşmaz, doğrudan ışığa bağlı değildir.
Bu fazda, enzimler tarafından düzenlenen bir dizi kimyasal reaksiyon yoluyla karbondioksit organik bileşiklere bağlanır ve bitki yaşamı için gerekli moleküllerin sentezlenmesi sağlanır. Bu aşamadaki en önemli süreçlerden biri, bunların üretildiği ünlü Calvin döngüsüdür. karbonhidratlar bitki tarafından bir kaynak olarak kullanılacak güç ve hücresel yapıların inşası için.
Fotosentezin karanlık evresi nedir?
Biyosentetik faz veya Calvin-Benson döngüsü olarak da bilinen karanlık faz, CO'nun dahil edildiği aşamadır2 atmosferik organik bileşiklerde. Bitki hücrelerinin kloroplastlarının stromalarında gerçekleşir ve ışık fazında oluşan ürünleri kullanır: ATP (adenosin trifosfat) ve NADPH (indirgenmiş nikotinamid adenin dinükleotid fosfat).
Doğrudan ışığa ihtiyaç duymasa da, çalışması ışığa bağlıdır, çünkü birçok enzimler Bu süreçte rol oynayan faktörler ışık düzenlemesi ve sıcaklık, CO konsantrasyonu gibi faktörlere bağlıdır.2.
Calvin döngüsü: sürecin anahtarı
Calvin döngüsü, bitkinin kullanabileceği organik bileşikler formunda karbonun sabitlenmesini sağlayan bir dizi kimyasal reaksiyondur. Bu, şu şekilde bölünmüştür: üç ana aşamalar:
- Karbon fiksasyonu: CO2 enzimin etkisi sayesinde bir ribuloz-1,5-bisfosfat (RuBP) molekülüne bağlanır RubisCO'nun (ribuloz-1,5-bifosfat karboksilaz-oksijenaz). Bu, iki 3-fosfogliserik asit (3-PGA) molekülüne bölünen kararsız bir altı karbonlu molekülle sonuçlanır.
- Kesinti: 3-PGA, gliseraldehit-3-fosfata (G3P) dönüştürülür ATP y NADPH. Bu moleküllerin bir kısmı glikoz ve diğer organik bileşiklerin üretiminde kullanılır.
- RuBP'nin rejenerasyonu: Bazı G3P molekülleri geri dönüştürülerek ribuloz-1,5-bisfosfat yeniden oluşturulur ve böylece döngünün devam etmesi sağlanır.
Karbon fiksasyonu türleri
Bitkilerin fotosentezin karanlık evresinde karbon fiksasyonunu gerçekleştirmelerinin, ortama uyum sağlama biçimlerine bağlı olarak farklı yolları vardır:
- C bitkileri3: Çoğu bitki, CO2'nin kullanıldığı bu yöntemi kullanır.2 Doğrudan Calvin döngüsüne dahil edilmiştir.
- C bitkileri4: Sıcak ortamlarda bazı bitkiler CO2'yi yakalar2 Calvin döngüsündeki hücreler dışındaki hücrelerde fotorespirasyonu önleyerek fotosentez verimliliğini artırır.
- CAM tesisleri: Kurak bölgelere özgü olan bu bitkiler CO2'yi yakalar2 Bir gece bekletilip malat formunda saklanarak gün içinde tüketilebilir.
Karanlık fazda RuBisCO'nun önemi
La RubisCO'nun CO2'yi sabitlemekten sorumlu enzimdir2 Calvin döngüsünde bulunur ve biyosferde en bol bulunan madde olarak kabul edilir. Ancak bir kusuru var: Oksijeni de sabitleyebiliyor ve bu da fotorespirasyon, fotosentez verimliliğini azaltan bir işlemdir. Bu nedenle bitkiler gelişmiştir stratejileri Bu etkiyi en aza indirmek için.
Son ürünler ve bunların yararlılığı
Karanlık fazda oluşan ürünler bitkinin büyümesi ve gelişmesi için gereklidir:
- glikoz: enerji kaynağı olarak kullanılır veya nişasta olarak depolanır.
- Sakaroz: bitkinin diğer kısımlarına hemen kullanılmak üzere taşınır.
- Selüloz: hücre duvarlarının yapımında kullanılır.
Karanlık fazı etkileyen faktörler
Karanlık fazın verimliliğinde çevresel koşullar önemli rol oynar:
- Sıcaklık: Calvin döngüsünün enzimatik aktivitesi sıcaklığa bağlıdır ve orta aralıklarda optimum düzeydedir.
- CO Konsantrasyonu2: CO'da artış2 Karbon fiksasyonunu ve glikoz üretimini teşvik eder.
- ATP ve NADPH'nin kullanılabilirliği: sürecin olmazsa olmazı, ışık fazından gelir.
Fotosentez ve özellikle karanlık fazın incelenmesi, optimizasyonunun tarımsal üretim ve CO2 azaltımı üzerinde olumlu bir etki yaratabileceği için bilim camiasında büyük ilgi görmeye devam ediyor.2 atmosferik. Calvin döngüsünü ve onun etkilerini anlamak, bu sürecin gezegenin ekolojik dengesindeki önemini değerlendirmemizi sağlar.