Etapy fotosyntezy - faza ciemna

Etapem fotosyntezy, w którym powstają cukry jest faza ciemna (niezależna od światła). W czasie jej trwania zachodzi cykl Calvina, w którym dwutlenek węgla jest przekształcany w cukier. Nazwa „faza ciemna fotosyntezy” nie oznacza, że przebiega ona w ciemności, ale że nie jest bezpośrednio zależna od światła. Nawet po nagłym odcięciu dostępu do światła cykl Calvina nie zatrzyma się od razu. Będzie zachodzić tak długo, jak długo roślina będzie miała zapasy siły asymilacyjnej, czyli ATP i NADPH + H+. Dopiero po ich wyczerpaniu, faza ciemna ustaje.

Przebieg cyklu Calvina

Cykl Calvina zachodzi w stromie chloroplastów, gdzie znajdują się wszystkie enzymy potrzebne do przeprowadzenia kolejnych reakcji. Tam też znajdują się cząsteczki siły asymilacyjnej, czyli ATP i NADPH + HIndeks górny +⁺, które powstają na błonach tylakoidów podczas fazy jasnej fotosyntezy.

Faza ciemna składa się z trzech etapów:

R8V5CEV9LP5V2

Na grafice przedstawiony jest cykl Calvina. W trakcie cyklu następują 3 procesy: karboksylacja, redukcja i regeneracja. W procesie regeneracji 3 cząsteczki rybulozo‑1,5‑bisfosforanu (cząsteczka pięciowęglowa) z pomocą RuBisCO łączy się z trzema cząsteczkami dwutlenku węgla. Następuje proces karboksylacji, w wyniku czego powstają 3 cząsteczki C,sub>6 oraz 6 cząsteczek trójwęglowego kwasu 3‑fosfoglicerynowego. Podczas zakończenia procesu karboksylacji i rozpoczęcia procesu redukcji następuje przekształcenie 6 cząsteczek ATP do 6 cząsteczek ADP. W procesie redukcji 6 cząsteczek NADPH dodać H₊ przekształca się w 6 cząsteczek NADP₊. Następnie cząsteczki kwasu 3‑fosfoglicerynowego są przekształcane w 6 cząsteczek trójwęglowego aldehydu 3‑fosfoglicerynowego. Na schemacie w tym miejscu dodano zapis jedna szósta. Dalej w tej części cyklu glukoza przekształca się do innych cukrów, ketokwasy do aminokwasów, kwasy tłuszczowe do tłuszczowców. Następuję proces regeneracji. W tym miejscu schematu dodano zapis pięć szóstych. 3 cząsteczki ATP przekształcają się w 3 cząsteczki ADP. Aldehdy 3‑fosforoglicerynowy przekształca się w 3 cząsteczki pięciowęglowego rybulozo‑1,5‑bisfosforanu, który ponownie wchodzi w reakcję z dwutlenkiem węgla katalizowaną przez RuBisCO.

Ćwiczenie 1

Na podstawie schematu oblicz, ile rund cyklu Calvina musi zajść, żeby wytworzyć jedną cząsteczkę glukozy netto. Podaj ile cząsteczek ATP i NADPH + HIndeks górny +⁺ jest potrzebne do tego procesu oraz napisz sumaryczne równanie reakcji fazy ciemnej z wytworzeniem glukozy.

R114X8ZLH9MK7

Grafika przedstawia cykliczny schemat przebiegu fazy ciemnej fotosyntezy, czyli cyklu Calvina, reakcji niezależnych od światła. 6 cząsteczek rybulozo‑1,5‑bisfosforanu (RuBP) łączy się z sześcioma cząsteczkami dwutlenku węgla. W wyniku tego powstaje 12 cząsteczek kwasu 3‑fosfoglicerynowego (PGA). Następnie zostają one przekształcone w 12 cząsteczek aldehydu 3‑fosfoglicerynowego (PGAL), w wyniku czego z dwunastu cząsteczek ATP powstaje 12 cząsteczek ADP oraz z dwunastu cząsteczek NADPH+H+ powstaje 12 cząsteczek NADP+. Z dwunastu cząsteczek PGAL dwie biorą udział w syntezie glukozy i innych związków organicznych, a dziesięć zostaje przekształconych do sześciu cząsteczek rybulozo‑5-fosforanu (RuP). Następnie RuP z wykorzystaniem sześciu cząsteczek ATP zostaje przekształcony do RuBP, który ponownie bierze udział w cyklu.

R98NMGVO1QP72

Pokaż podpowiedź

Glukoza jest cukrem sześciowęglowym, a do jej wytworzenia niezbędne jest związanie 6 cząsteczek COIndeks dolny 2₂.

Pokaż odpowiedź

Do wytworzenia jednej cząsteczki glukozy netto potrzebne jest zajście 6 rund cyklu Calvina. Do tego procesu potrzebnych jest 18 cząsteczek ATP i 12 cząsteczek NADPH + HIndeks górny +⁺.

6COIndeks dolny 2₂ + 18 ATP + 12 NADPH + HIndeks górny +⁺ → CIndeks dolny 6₆HIndeks dolny 12₁₂OIndeks dolny 6₆ + 6 HIndeks dolny 2₂O + 18 ADP + 18 Pi + 12 NADP+

1

Polecenie 1

Zapoznaj się z treścią zadania. Swoją odpowiedź zapisz w formularzu. Następnie obejrzyj film i sprawdź, czy twoje wyjaśnienie jest prawidłowe.

Na uproszczonym schemacie przedstawiono przebieg fotosyntezy. Fazę jasną (zależną od światła) i fazę ciemną (niezależną od światła – cykl Calvina) oddzielono przerywaną linią.

R7nLshF5s6NfJ

Ilustracja

RStejxHoUnY03

Podaj nazwę związku oznaczonego na schemacie literą X oraz określ jego rolę w fazie niezależnej od światła. (Uzupełnij).

Pokaż podpowiedź

Przypomnij sobie nazwę związku, który asymiluje dwutlenek węgla.

Polecenie 1

R9LMQNRE34M3X

(Uzupełnij).

Pokaż podpowiedź

Przypomnij sobie nazwę związku, który asymiluje dwutlenek węgla.

R1JRkBHrSSyGP

Film nawiązujący do redukcji węgla w cyklu Calvina.

Film nawiązujący do redukcji węgla w cyklu Calvina.

Film dostępny pod adresem /preview/resource/R1JRkBHrSSyGP

Film nawiązujący do redukcji węgla w cyklu Calvina.

Podsumowanie

• Faza ciemna fotosyntezy (niezależna od światła) zachodzi w stromie chloroplastów; nie wymaga bezpośredniego udziału światła, ale zależy od produktów fazy jasnej (ATP i NADPH).

• W czasie fazy ciemnej fotosyntezy zachodzi cykl Calvina, w którym dwutlenek węgla przekształcany jest w cukier.

• Cykl Calvina składa się z 3 etapów: karboksylacji, redukcji i regeneracji.

• Karboksylacja - przyłączenie CO₂ do akceptora - pięciowęglowego rybulozo‑1,5‑bisfosforanu (RuBP), w wyniku czego powstają dwie cząsteczki kwasu 3‑fosfoglicerynowego (PGA). Enzymem katalizującym karboksylację jest RuBisCO.

• Redukcja - redukcja PGA do aldehydu 3‑fosfoglicerynowego (PGAL) z wykorzystaniem ATP i NADPH + HIndeks górny +⁺. PGAL cukrem - triozą i jest pierwotnym produktem fotosyntezy wykorzystywanych do syntezy wtórnych produktów fotosyntezy, takich jak inne cukry, aminokwasy i kwasy tłuszczowe.

• Regeneracja - odtworzenie RuBP z puli PGAL, co umożliwia kontynuację cyklu.  W regeneracji wykorzystywane jest ATP z siły asymilacyjnej.

Ćwiczenia utrwalające