Лекция 5 Фотосинтездің қараңғы сатысы 1 Көмірқышқыл

Лекция 5 Фотосинтездің қараңғы сатысы 1. Көмірқышқыл газдың ассимиляциалануының С 3 жолы - Кальвин айналымы. 2. Фототыныс алу 3. С 4 - өсімдіктер. Хэтч пен Слэктің айналымы 4. САМ-метаболизм.

Жарык (hv) 6 С 02 + 12 Н 20 → С 6 Н 1206 + 602+ 6 Н 2 О Хлорофилл Глюкоза Жарық сатысы хлоропластың тилакоидтарында жүреді, қараңғы сатысы – стромада.

Строма n n Тилакоидтер Грана тилакоидтары Ішкі мембрана Сыртқы мембрана

СО 2 -нің ассимиляциалану жолдары 1946 -1956 ж. ж. - М. Кальвин С 3 - жолы, Кальвин айналымы С 3 -өсімдіктер қоңыржай аймақтарда өсіп-өнеді жарық сатының өнімдері 6 АТФ+6 НАДФ. Н 2 3 СО 2+3 РБФ+3 Н 2 О→ 6 ФГК→→→→ 6 ФГА→ 1 ФГА көмірсулар 3 АТФ →→В←Б←А ←←←←←← 5 ФГА жар. сатыдан

С 3 - жолы, Кальвин айналымы 3 сатыға бөлінеді: I Карбоксилдену сатысы. АТФ РБФ- карбоксилаза Риб-5 Ф → → → Риб-1, 5 ди. Ф + СО 2 → 3 -ФГҚ Фосфорибулозокиназа Карбоксилденудің бірінші өнімі - 3 көміртек атомы бар қосынды – ФГҚ фосфоглицеринқышқылы

n n Рибулозодифосфаткарбоксилаза/оксигеназа n n Ribulosobisphosphate-carboxylase/охigenase Rubisco Карбоксилазалық қызметі Карбоксилдену, С 3 - жолы Оксигеназалық қызметі Фототыныс алу

II Тотықсыздану сатысы. АТФ НАДФН 3 -ФГҚ →→→→→→→ 1, 3 ФГҚ →→→→ ФГА фосфоглицераткиназа тотықсыздану III Регенерация сатысы. 6 ФГА 1 ФГА 5 ФГА көмірсулар РБФ

2 мол. 3 -ФГА ( Кальвин циклінің 2 айналымы) ↓ 2 мол. Фруктозо-1, 6 -дифосфат ↓ ↓ Гл-1 -Ф Фр-6 -ф ↓ + УТФ УДФГл Крахмал ↓+ Фр-6 -ф сахарозо-Ф ↓ сахароза ↓

Қараңғыдағы реакциялар: 6 РБФ+6 СО 2 +12 НАДФН+12 Н+ + 18 АТФ 6 РБФ+С 6 Н 12 О 6 +Н 2 О+12 НАДФ+18 АДФ+Фбейорг. Кальвин циклі барлық өсімдіктерге тән, бірақ СО 2 –ні Кальвин цикліне жеткізуінің әр түрлі жолдары бар.

Фототыныс алу (гликолатты цикл). Бұл процесте О 2 сіңіріліп СО 2↑ босап шығады. Фототыныс алудың алғашқы өнімі – гликоль қышқылы. Сондықтан оны гликолат жолы деп атайады. СО 2 - С 3 – жолы жүреді. О 2 - Фототыныс алу жүреді. Rubisco оксигеназалық ролін атқарады.

Фототыныс алу процесте 3 -ФГҚ және 2 фосфогликоль қышқылы түзіледі. Фототыныс алу 3 органеллада жүреді: Хлоропласт - РБФ гликоль қышқылы /гликолат/ 2. Пероксисома – Гликолат глицин 3. Митохондрия – Глицин серин 1.

СО 2 Рибулоза 1, 5 ди. Ф ↓ О 2 фосфогликолат Хлоропласт ↓ фосфоглицерат гликолат /гликоль қышқылы/ ↑ ↓ n _______________________ Пероксисома ↑ ↓ глицерат гликолат О 2 Н 2 О 2 n n n гидроксипируват ↑ глиоксилат ↓ глицин n n n _______________________ серин глицин Митохондрия СО 2 n n серин

n n n C 4 жолы /Хэтч-Слэк циклі/ Эволюция бойында өзгерген ортаның жағдайларына бейімделу механизмі 1966 ж. – М. Д. Хетч пен К. Р. Слэк 1960 ж. Ю. С. Карпилов Кейбір субтропикалық және тропикалық өсімдіктерде Aмарант, жүгері, қант қамысы n n Карбоксилденудің бірінші өнімі –

2 түрлі клеткалар бар: n Жапырақтың мезофилінде майда ұсақ граналы пластидтер. ФЖ 2 Өткізгіш шоқтарды қоршап тұрған клеткаларда гранасы жоқ ірі пластидтер ФЖ 1

C 4 - жолы Мезофилл клеткалар ФЕП-карбоксилаза СО 2 НАДФН+Н+ ҚСҚ /қымыз сірке қышқылы/ оксалоацетат алма қышқылы / малат/ _______________________ алма қышқылы / малат/ Өткізгіш шоқтады қоршаған клеткалар ПЖҚ /пируват/ СО 2 С 3 - жолы

Мезофилл клеткалары Өткізгіш шоқтарды қоршап тұрған клеткалар

С 4 – жолының артықшылықтары: n С 3 -жолымен жүретін фотосинтезде фототыныстың белсенділігі жоғары, ал С 4 - өсімдіктерде фототыныс алудың белсенділігі төмен. • Rubisco фототынысты да катализдейді: • РБФ + СО 2 → 2 ФГҚ - фосфоглицерин қышқылы. • РБФ + 02→ ФГК - фосфогликоль қышқылы. • Тотығу және карбоксилдену реакциялар бірімен басекеленеді. •

• • С 4 - жолдың өсімдіктерінде С 4 -жолы жүретін хлоропластарда 02 –тің мөлшері төмен болады, себебі онда тек ФЖ 1 жұмыс істейді. ФЖ 1 -де 02 бөлінбейді Rubisco –ның карбоксилазалық және оксигеназалық функциялары 02 мен СО 2 -нің мөлшеріне тәуелді.

2. Ф/с-дің температура оптимумы С 3 - жолы өсімдіктерде 20 -25 °С, С 4 – 30 -45°С. 3. С 4 -өсімдіктерде фотосинтездің күн сәулесіне қанығуы С 3 -өсімдіктерге қарағанада күн сәулесінің белсенділігі жоғарылау болғанда келеді. Мысалы, С 3 -өсімдіктерде игеретін сәуленің белсенділігі толық күн сәулесінің белсенділігінің 50%не тең болғанда ф/с-дің қарқындылығы өзгермейді. С 4 -өсімдіктерде күн сәулесінің белсенділігі ұлғайғанда, ф/с-дің қарқындылығы өсе береді. Сол үшін С 4 - өсімдіктерде ф/с қарқындылығы жоғары температурада және жарықтың белсенділігі жоғары болғанда да көтеріле береді.

4. С 4 -өсімдіктерде Кальвин циклінің өнімдері өткізгіш шоқтарды қоршаған клеткаларда түзіледі. Ол ассимиляттардың таралуын оңайлатады, содан соң фотосинтез қарқындылығы да ұлғаяды. 5. С 4 -өсімдіктер қуаңшылыққа, жоғары температураға төзімді болады

n n n САМ /Crassulacean acid metabolism/метаболизм ЖОҚМ –жасаңшөптердің органикалық қышқылдар метаболизмі Тропикалық аймақта өсетін /суккуленттер/ өсімдіктерге тән. n n n Оларда устьицалар күндіз ашық, түнде жабық болады. Суды аз жоғалтады, қуаңшылыққа төзімілік береді.

Crassula_Ovata

СО 2 Түн. Устьицалар ашық __↓______________________________ ↓ ФЕП-карбоксилаза ФЕП /фосфоенолпирожүзім қышқылы/ →ҚСҚ /қымыз-сірке қышқылы/ ↑ НАДФ + Н+ → ↓ қанттар малат /алма қышқылы/ ↑ ↓ Крахмал Хлоропласт Вакуоль _______________________________ Күндіз Устьицалар жабық _______________________________ қанттар ПЖҚ /пирожүзім қышқыл/ Крахмал С 3 -жолы ↑ Қанттар РБФ ↑ Кребс циклі ФГҚ 3 -ФГҚ Хлоропласт СО 2 Малат Вакуоль

n Устьицалар ашық Түн Устьицалар жабық n Күндіз n n

n n ЖОҚМ фотосинтездің С 4 жолына ұқсас жүреді. Ерекшелігі: ЖОҚМ-тәулікке тәуелді, ал С 4–жолы - кеңістікке тәуелді жүреді. 1. Клеткларда ФЕП-карбоксилаза да және РБФ-карбоксилаза/оксигеназа да бар. 2. Күндіз Кальвин циклінде синтезделетін көмірсулар циклдің қайталауына керек, метаболиттердің көзі болып пайдаланылады (мысалы, ФЕП).

n n n 3. Осындай фотосинтез жолы суды максимальды үнемдеуді, фотосинтездің қүаңшылық жағдайда жүруін қамтамасыз етеді. Бірақ САМ-өсімдіктердің өнімі жоғары болмайды, олар баяу өседі. Кейбір өсімдіктер су жетіскен жағдайда фотосинтез жолы С 3 жолына ауысуы мүмкін.

1. Көмірқышқылы газының негізгі байланысу жолы С 3 - жол деп неге аталады? 1. 3 молекула глюкоза түзілетіндіктен 2. 3 кезеңнен тұратындықтан 3. Алғашқы өнім 3 -фосфоглицерин қышқылы (триоза) болғандықтан 4. СО 2 -нің триозалармен байланысатынынан 5. Үш көміртекті қосылыс - фосфоэнолпируват түзілетіндіктен 2. Жасаңшөп туыстығындағы ең алғашқы көмірқышқылының акцепторы 1. Оксалоацетат 2. Фосфоглицерат 3. Фосфоэнолпируват 4. Рибулозодифосфат 5. Эритрозофосфат 3. С 3 -өсімдіктерде СО 2 -нің байланысуы қайда жүреді? 1. Цитоплазмада 2. Хлоропластта 3. Түтік шоқтарын қоршайтын клеткаларда 4. Хлоропласт стромасында 5. Клетка сұйығында 4. С 4 -өсімдіктерде СО 2 -нің ең алғашқы байланысуы қайда жүреді? 1. Түтік шоқтарын қоршайтын клеткаларда 2. Вакуольде 3. Мезофилл цитоплазмасында 4. Мезофилл хлоропластында 5. Түтік шоқтарын қоршайтын клеткалар хлоропластында 5. С 3 -өсімдіктердегі СО 2–нің алғашқы акцепторы не? 1. фосфоэнолпируват 2. рибулозо-1, 5 -дифосфат 3. фосфоглицерат 4. рибулозо-5 -фосфат 5. рибозо-5 -фосфат