ძირითადი მასალა
ბიოლოგია
კურსი: ბიოლოგია > თემა 10
გაკვეთილი 4: ფოტოსუნთქვა: C3, C4 და CAM მცენარეებიფოტოსუნთქვა
* **ფოტოსუნთქვა** ენერგიის ტყუილუბრალოდ მხარჯავი, კალვინის ციკლის კონკურენტი გზაა. იგი იმ შემთხვევაში ირთვება, თუ რუბისკომ ჟანგბადი ჩართო რეაქციაში და არა - ნახშირორჟანგი.
შესავალი
ისეთი მეგობრები არ გყავთ, ძალიან მაგარი ადამიანები რომ არიან, მაგრამ რაიმე ცუდი ჩვევაც აქვთ? მაგალითად, შესასრულებელი საქმის გაჭიანურება უყვართ, ავიწყდებათ თქვენი დაბადების დღე ან არასდროს ახსენდებათ, რომ კბილები უნდა გაიხეხონ. ამის გამო შესაძლოა, მათთან მეგობრობა არ შეწყვეტოთ, მაგრამ დროდადრო გაიფიქრებთ, ნეტა გამოასწორებდნენ ამ ჩვევასო.
RuBP-ოქსიგენაზა-კარბოქსილაზა (რუბისკო), ფოტოსინთეზის მთავარი ფერმენტი, ზუსტად ცუდი ჩვევის მქონე მეგობრის მოლეკულური ეკვივალენტია. ნახშირბადის ფიქსაციის პროცესში, კალვინის ციკლის პირველ საფეხურზე, რუბისკო ნახშირორჟანგს (start text, C, O, end text, start subscript, 2, end subscript) ორგანულ მოლეკულად აქცევს. რუბისკო იმდენად მნიშვნელოვანია მცენარეებში, რომ იგი ტიპური ფოთლის ხსნადი ცილების 30, percent-ს ქმნის. მაგრამ ამ ფერმენტს ერთი ნაკლიც აქვს: იმის ნაცვლად, რომ ყოველთვის start text, C, O, end text, start subscript, 2, end subscript გამოიყენოს სუბსტრატად, იგი ხანდახან start text, O, end text, start subscript, 2, end subscript-ზე წარმართავს რეაქციას.
ამ გვერდითი რეაქციის შედეგად სხვა მეტაბოლური გზა, ფოტოსუნთქვა, იწყება, რომელიც, ნახშირბადის დაფიქსირების ნაცვლად, პირიქით, უკვე დაფიქსირებული ნახშირბადის start text, C, O, end text, start subscript, 2, end subscript-ის სახით დაკარგვას იწვევს. ფოტოსუნთქვაში ენერგია ტყუილად იხარჯება და მის გამო ნაკლები შაქარი წარმოიქმნება, შესაბამისად, რუბისკოს მიერ ამ მეტაბოლური გზის წამოწყება, შეიძლება ითქვას, უტაქტო საქციელია.
ამ სტატიაში განვიხილავთ, რატომ და უფრო როდის ხდება ფოტოსუნთქვა (მინიშნება: წარმოიდგინეთ ცხელი და მშრალი გარემო პირობები) და ზუსტად როგორ მიმდინარეობს იგი.
რუბისკო ან start text, C, O, end text, start subscript, 2, end subscript-ს უკავშირდება, ან start text, O, end text, start subscript, 2, end subscript-ს
როგორც შესავალში ვახსენეთ, ფერმენტი რუბისკო ან start text, C, O, end text, start subscript, 2, end subscript-ს იყენებს სუბსტრატად, ან start text, O, end text, start subscript, 2, end subscript-ს, და რომელ მოლეკულასაც მოიხელთებს, იმას უკავშირებს ხუთნახშირბადიან ნაერთს, რიბულოზა-1,5-ბიფოსფატს (RuBP). რეაქციაში, რომელშიც კალვინის ციკლის პირველ საფეხურზე წარმოქმნილი start text, C, O, end text, start subscript, 2, end subscript გამოიყენება, შაქარი წარმოიქმნება. ხოლო თუ რეაქციაში start text, O, end text, start subscript, 2, end subscript ჩართო რუბისკომ, ფოტოსუნთქვის მეტაბოლური გზა იწყება, რომელიც ენერგიას ტყუილად ხარჯავს და კალვინის ციკლის ნამუშევარს „ანიავებს"squared.
რა განსაზღვრავს თითოეული სუბსტრატის „არჩევის" სიხშირეს? ორი გადამწყვეტი ფაქტორია: start text, O, end text, start subscript, 2, end subscript-სა და start text, C, O, end text, start subscript, 2, end subscript-ის შეფარდებითი კონცენტრაციები და ტემპერატურა.
როცა მცენარის ბაგეები, ანუ ფოთლის ზედაპირზე არსებული ხვრელები, ღიაა, start text, C, O, end text, start subscript, 2, end subscript შიგნით შედის დიფუზიით, start text, O, end text, start subscript, 2, end subscript და წყალი კი გარეთ გამოდის და ფოტოსუნთქვა მინიმალურია. მიუხედავად ამისა, როცა მცენარე ბაგეებს ხურავს — მაგალითად, აორთქლებით ბევრი წყლის დაკარგვის თავიდან ასაცილებლად — ფოტოსინთეზის დროს წარმოქმნილი start text, O, end text, start subscript, 2, end subscript ფოთოლში გროვდება. ამ პირობებში ფოტოსუნთქვა უფრო აქტიურად მიმდინარეობს, რადგან start text, O, end text, start subscript, 2, end subscript-ისა და start text, C, O, end text, start subscript, 2, end subscript-ის თანაფარდობა მეტია.
ამასთანავე, ტემპერატურის მომატებისას იზრდება რუბისკოს აფინობაც start text, O, end text, start subscript, 2, end subscript-ისადმი. საშუალო ტემპერატურაზე ამ ფერმენტის აფინობა (ანუ მიდრეკილება, დაუკავშირდეს) start text, C, O, end text, start subscript, 2, end subscript-ისადმი დაახლოებით 80-ჯერ მეტია start text, O, end text, start subscript, 2, end subscript-ისაზე.cubed მიუხედავად ამისა, მაღალ ტემპერატურაზე რუბისკო კარგად ვერ არჩევს ამ ორ აირს ერთმანეთისგან და ჟანგბადს უფრო ხშირად უკავშირდებაstart superscript, 4, end superscript.
ძირითადი პრინციპი ისაა, რომ ცხელ და მშრალ გარემოში ფოტოსუნთქვა უფრო აქტიურად მიმდინარეობს — თუ მცენარეს არ გააჩნია რამე განსაკუთრებული თავისებურებანი პრობლემის მინიმუმამდე დასაყვანად. თუ გსურთ, მეტი შეიტყოთ ამ ხრიკების შესახებ, იხილეთ ვიდეოები C4 მცენარეებსა და CAM მცენარეებზე.
ფოტოსუნთქვაში ენერგია ფუჭად იხარჯება და ნახშირბადი იკარგება
ფოტოსუნთქვა ქლოროპლასტში იწყება, სადაც რუბისკო start text, O, end text, start subscript, 2, end subscript-ს RuBP-ს უკავშირებს. ეს ფერმენტი, როგორც სახელწოდება გვიჩვენებს, ოქსიგენაზაცაა, რაც სწორედ ამ რეაქციაში ვლინდება. შედეგად, ორი მოლეკულა წარმოიქმნება: სამნახშირბადიანი ნაერთი, 3-ფგ, და ორნახშირბადიანი ნაერთი, ფოსფოგლიკოლატი. 3-ფგ ისედაც კალვინის ციკლის შუალედური ნივთიერებაა, მაგრამ ფოსფოგლიკოლატს ციკლში ჩართვა არ შეუძლია, შესაბამისად, მისი ორი ნახშირბადი ციკლს ეთიშება და „იკარგება"start superscript, 5, end superscript.
დაკარგული ნახშირბადების ჩასანაცვლებლად მცენარეები ფოსფოგლიკოლატს რეაქციათა წყებაში ჩართავენ, რაც მის გადატანას მოიცავს ორგანელებს შორის. ამ მეტაბოლურ გზაში ფოსფოგლიკოლატის სახით ჩართული ნახშირბადების სამ მეოთხედს ისევ „მოიხელთებს" უჯრედი, ერთი მეოთხედი კი start text, C, O, end text, start subscript, 2, end subscript-ის სახით იკარგება.start superscript, 5, end superscript
ქვედა დიაგრამაზე კალვინის ციკლი და ფოტოსუნთქვაა შედარებული. მასზე ჩანს, თუ რამდენი ფიქსირებული ნახშირბადის დამატებას ან მოკლებას იწვევს რუბისკოს დაკავშირება 6 start text, C, O, end text, start subscript, 2, end subscript-თან ან 6 start text, O, end text, start subscript, 2, end subscript-თან. ფოტოსუნთქვა 3 ფიქსირებული ნახშირბადის დაკარგვას იწვევს ამ პირობებში, კალვინის ციკლი კი — 6 ფიქსირებული ნახშირბადის დამატებას.
ფოტოსუნთქვა წარმატებული სვლა ნამდვილად არ არის ნახშირბადის ფიქსაციის თვალსაზრისით. მიუხედავად ამისა, მას მაინც შეუძლია, სარგებელი მოუტანოს მცენარეებს. არსებობს მტკიცებულებები, რომ ფოტოსუნთქვას შეიძლება, ფოტოდამცველობითი ეფექტი ჰქონდეს (ანუ იცავდეს ფოტოსინთეზის მოლეკულებს სინათლით დაზიანებისგან), ჟანგვა-აღდგენით წონასწორობას იცავდეს უჯრედებში და ხელს უწყობდეს მცენარეების დამცველობით, იმუნურ ძალებსstart superscript, 8, end superscript.
გსურთ, შეუერთდეთ დისკუსიას?
პოსტები ჯერ არ არის.