تبیان، دستیار زندگی
واکنش کربوکسیلاسیون با یک G’O معادل 35- کیلو ژول بر مول دارای بیلان انرژی مثبت است. این وضعیت انرژی، سوال جالبی را ایجاد می کند. ...
عکس نویسنده
عکس نویسنده
بازدید :
زمان تقریبی مطالعه :

انرژی لازم در چرخه ی احیای کربن فتوسنتزی

اهداف:

  • آشنایی با جزئیات چرخه ی کالوین
  • آشنایی با مراحلی از چرخه کالوین که  نیازمند انرژی اند

در مورد چرخه کالوین یا  (PCR) (photosynthetic carbon reduction) در طرح درس با هم صحبت کردیم. متوجه شدیم که این چرخه نیازمند واکنش های کربوکسیلاسیون است. در این طرح درس به جزئیات این چرخه و برخی نکات آن اشاره خواهد شد.


واکنش کربوکسیلاسیون با یک G’O معادل 35-  کیلو ژول بر مول دارای بیلان انرژی مثبت است. این وضعیت انرژی، سوال جالبی را ایجاد می کند. اگر ثابت تعادل واکنش مذکور با این چنین مقدار زیادی انرژی آزاد منفی به نفع کربوکسیلاسیون است، پس کجای واکنش نیازمند مصرف انرژی حاصل از واکنش های نوری فتوسنتز می باشد؟ انرژی در دو نقطه از چرخه لازم است، یکی برای احیای 3-PGA و دیگری برای تولید مجدد مولکول گیرنده ی دی اکسید کربن یعنی RUBP.


جهت دانلود فیلم آموزشی کلیک نمایید.

احیای 3-PGA

برای ادامه ی جذب دی اکسید کربن توسط کلروپلاست فراهم بودن دو شرط زیر ضروری است. اول اینکه مولکول های تولیدی 3-PGA باید به طور مرتب از آنجا برداشته شده و دوم اینکه شرایط برای حفظ مقدار کافی از مولکول گیرنده (RUBP) باید فراهم باشد. تامین هر دو شرط بالا نیازمند انرژی در فرم ATP و NADPH است.


مولکول 3-PGA تولیدی به تریوز فسفات یا به عبارت دیگر گلیسرآلدئید 3- فسفات (Glyceraldehyde-3-phosphate) احیا شده و بدین ترتیب از تجمع آن ها در کلروپلاست جلوگیری می شود. احیای 3-PGA به گلیسرآلدئید 3- فسفات واکنشی دو مرحله ای است که در طی آن 3-PGA ابتدابا دریافت یک فسفات به 1 و 3 وبیس فسفوگلیسرات تبدیل و آن گاه به گلیسرآلدئید 3- فسفات (G3P) احیا می شود.

هم ATP و هم NADPH مورد نیاز این دو مرحله در واکنش های روشنایی فتوسنتز تولید می شوند و بنابراین یکی از دو نقطه ای که مصرف انرژی تولیدی در فتوسنتز صورت می گیرد همین واکنش دو مرحله ای است. قند تریوز فسفات به دست آمده احتمالاً پس از تبدیل به دی هیدروکسی استون فسفات (DHAP) آماده ی صدور به سیتوپلاسم خواهد شد. پس از ورود به سیتوپلاسم، تریوز فسفات ها به راحتی به هم پیوسته و قندهای شش کربنه مانند فروکتوز- فسفات و گلوکز- فسفات را می سازند. این دو قند شش کربنه فسفاته نیز به هم پیوسته و ساکارز- فسفات را تولید می کنند.

بازیافت مولکول گیرنده ی دی اکسیدکربن

برای تداوم فرایند احیای دی اکسیدکربن تداوم تأمین مولکول گیرنده ی آن یعنی RUBP ضروری است. تامین مولکول گیرنده دی اکسیدکربن از طریق مجموعه واکنش هایی با مشارکت قندهای 4 و 6 و 7 کربنه میسر می گردد. این واکنش ها شامل ترکیب شدن قند شش کربنه ی فروکتوز- فسفات با یک قند تریوز- فسفات و تولید یک قند پنج کربنه و یک قند چهار کربنه است. یک قند تریوز دیگر با قند چهار کربنه فوق ترکیب شده و یک قند هفت کربنه را تولید می کند.

سپس قند هفت کربنه فوق با یک تریوز فسفات ترکیب شده و دو قند پنج کربنه از آن ها را به وجود می آید. این قند پنج کربنه پس از ایزومراسیون ریبولوز-5- فسفات (RU5P) را ایجاد می کند. این ترکیب نیز با گرفتن یک فسفات، ریبولوز 1 و 5 بیس فسفات را که همان گیرنده ی دی اکسید کربن است به وجود می آورد.


حاصل این واکنش ها بازیافت کربن از پنج ششم مولکولG3P و تولید سه مولکول RuBP برای پر کردن جای مولکول های استفاده شده در فرایند کربوکسیلاسیون است. این واکنش ها شامل سه مولکول RuBP در هر کدام از دو طرف واکنش هستند. منظور از این نحوه ی نمایش واکنش ها این است که تاکید شود در چرخه ی یاد شده ضمن اینکه همان تعداد مولکول گیرنده ای که مصرف شده اند تولید می شوند، احیای کربن نیز بدون وقفه صورت می گیرد.

همچنین به ازای هر سه بار چرخش چرخه (یعنی جذب سه مولکول دی اکسیدکربن) ضمن اینکه کربن کافی برای تولید مولکول های گیرنده به مقدار مورد نیاز وجود دارد، امکان تولید یک قند تریوز فسفات (که می تواند به بیرون کلروپلاست صادر شود) نیز فراهم می گردد. شش بار چرخش چرخه، سبب بازیافت مولکول RuBP و یک قند هگزوز فسفات می شود. به عبارت دیگر دوازده بار چرخش چرخه سبب تولید معادل یک مولکول ساکارز می شود.


مرکز یادگیری سایت تبیان - تهیه: فاضل صحرانشین سامانی
تنظیم: مریم فروزان کیا