Sa constatat că, după expunerea timp de 1 min 14C inclus în -S7 zahăr C3-fosfosahara și în acizi organici (acid malic, oxaloacetic, FEP), în aminoacizi (alanină, acid aspartic). În cazul în care timpul de expunere a fost redus la 0,1-2 s, atunci cea mai mare parte a etichetei detectabil în acid phosphoglyceric, gruparea sa carboxil.
Prin urmare, acid 3-phosphoglyceric (PGA) este produsul principal al fotosintezei.
Natura acceptor primar C02. În primul rând am emis ipoteza că acest acceptor este orice compus dvuhuglerodnoe. Cu toate acestea, administrarea la vinilfosfata mediu de incubare, fosfoglikolaldegida și alte substanțe cu C2 nu a crescut conținutul de radiomarcare de la FHA la C02. Apoi, schema de experiență modificat după cum urmează. Algele au fost expuse la lumină la mare (1%) din concentrația de C02, apoi se reduce rapid concentrația acestuia la 0,003%. Speranța a fost că, în deficitul acumulează rapid exact C02 ce compus, care servește ca un acceptor de C02. Folosind cromatografia bidimensională, sa constatat că, în lipsa posibilității de carboxilare în celulele crește pe scurt concentrația de ribulozo-1,5-bifosfat (ribulozo-1,5-bifosfat). Prin urmare, s-a sugerat că fixarea primară a C02 în felul următor. C5 + C02> ► C6-2S3. Pentru a testa această ipoteză într-un extract liber de celule de frunze de spanac sau celule Chlorella au fost adăugate la un ribulozo-1,5-difosfat marcată cu 32P. În lumina a apărut în PGA radioactiv extract.
Pe baza datelor obținute procesul de fixare primar poate fi scris C02 după cum urmează:
Această reacție este catalizată ribulozodifosfatkarboksilazoy (ribulozo bifosfat carboxilază; Titlurile - fracțiunea de proteină I, karboksidismutaza). Activitatea maximă enzimă este pH 7,8 - 8,0, și necesită prezența ionilor Mg2 +.
Mai multe de lucru în laboratorul lui Calvin și în alte laboratoare a condus la descifrarea toate reacțiile ulterioare C3 cale de fotosinteza, numit ciclul Calvin. Acest ciclu este foarte similar cu care se confruntă pentose respirație cale fosfat, se compune din trei faze: carboxilare, recuperare și regenerare.
1. carbonatare. Molecule ribulozo-5-fosfat, fosforilat cu ATP și fosforibulozokinazy, formând astfel o moleculă de ribulozo-1,5-bifosfat, care la rândul său se alătură via ribulozodifosfatkarboksilazy C02. Produsul rezultat este împărțit în două triose 2 molecule de 3-fosfo-gliceric al acidului (3-PGA).
2. Faza de recuperare. 3-PGA este redus la 3-fosfogliceraldehid (3-PGA), în două etape. Mai întâi vine fosforilarea 3-PGA implica ATP și fosfoglicerat la acid 1,3-difosfoglitserinovoy, și apoi recuperarea 1,3-PGA folosind NADPH fosfogliceraldehid dehidrogenază și aldehidă.
3. Faza de regenerare primară acceptor de dioxid de carbon și sinteza produsului final al fotosintezei. Reacțiile descrise mai sus conduc la fixarea trei molecule de molecule și formarea de C02 a șase reconstruite 3-phosphotriose cinci dintre ele sunt apoi folosite pentru a regenera ribulozo-5-fosfat și unul - pentru sinteza glucozei. 3-PHA prin acțiunea triozofosfat izomerizat fosfodioksiatseton. Cu ajutorul 3PGA fosfodioksiatseton aldolaza și condensează pentru a forma fructoză 1,6-bifosfat, care scindat un fosfat prin fructoză-1,6-difosfatazy. În reacțiile ulterioare asociate cu regenerarea acceptor secvențial primar participa C02 transcetolază și aldolază. Transcetolază catalizate de transfer care cuprinde două cetozele de carbon de la glycolaldehyde la addozu:
Aldolaza efectuează apoi transferul la reziduu fosfodioksiatsetona aldoz trei carbon, în acest caz eritroza-4-fosfat, prin care sintetizat SEDO-geptulozo-1,7-difosfat. Ultima defosforilată și transcetolază sub acțiunea acestuia și 3PGA format xilulozo-5-fosfat și riboză-5-fosfat. Două molecule de xilulozo-5-fosfat care implică molecula ribulozofosfatepimerazy și unul dintre riboză-5-fosfat implicind transformat în ribozofosfatizomerazy trei molecule de ribulozo-5-fosfat, din care un nou ciclu începe fixare C02.
Din nefolosită a doua moleculă 3-APH rămasă este sintetizat prin acțiunea aldolaza (ciclul de repetiție) molecula de fructoză 1,6-bifosfat, care pot fi formate din glucoză, zaharoză sau amidon:
Astfel, pentru sinteza unei molecule de glucoză în ciclul Calvin avea nevoie de 12 18 ATP și NADPH, care sunt furnizate ca rezultat al reacțiilor fotochimice de fotosinteză.
11. Reacțiile chimice de asimilare C # 8324; plante. Hatch-Slack ciclu-Karpilova. metabolismul CAM acizilor organici
În lucrările lui L. A. Nezgovorovoy (1956-1957 gg.), Sa constatat că, atunci când expunerile scurte porumb frunze în lumina 14S02 14C găsit în acid aspartic. In studii suplimentare, specialiștii atât sovietici și străini, au fost dezvoltate aceste idei, ceea ce a dus la descoperirea C4-nymu carbon în fotosinteză. Deci, în 1960, Yu. S. Karpilov, iar în 1963 IA Tarchevsky și Yu. S. Karpilov a furnizat date privind educația timpurie a acidului malic în frunzele de porumb. G. P. Korchak și colab. Mai întâi a arătat că acizii dicarboxilici (aspartic și malic) sunt produsele primare de fixare în trestia de zahăr C02. Acești compuși sunt apoi în 3-PGA și geksozofosfaty transforma în zahăr. Ca un nou tip de fixare C02, fundamental diferită de ciclul Calvin, acest ciclu a fost descris pentru prima dată de către oamenii de știință australian MD Hatch și K. R. Slek (1966). Grupul de plante cu C4 prin fotosinteză sunt trestia de zahăr, porumb, sorg și alte frunze ale acestor plante contin doua tipuri diferite de cloroplaste: cloroplaste tip convențional - în celulele mezofil și multe cloroplaste mari, de multe ori fara gran - in celulele din jur. fascicule vasculare (căptușire). Difuzând în C02 frunză prin stomatelor, pătrunde în citoplasmă celulelor mezofil unde participarea carboxilaza PEP reacționează cu PEP pentru a forma acid oxaloacetică (oxaloacetat). Apoi, în cloroplaste recuperat oxaloacetat la acid malic (malat), în detrimentul NADPH, care se formează în timpul fazei de lumină a fotosintezei.
acidul oxaloacetică în prezența NH4 + poate fi de asemenea convertit la aspartat. Apoi malat (sau aspartat) pot fi transferate în celule teaca cloroplaste bundle, unde este decarboxilate enzimă malic (malat dehidrogenază decarboxilați) la piruvat și C02.
Cloroplastele nu electrod se confruntă și în consecință slab reprezentate FS II, necesare pentru transportul de electroni aciclică, dar se acumulează amidon din abundență. Motivul este că electrodul utilizat în cloroplaste furnizate NADFH enzimei malic și C02, care este format în decarboxilarea oxidativa a malat (sau aspartat). Aceste cloroplaste în timpul photophosphorylation ciclic sintetizat cantități mari de ATP și a efectuat pe un ciclu Calvin tip de fixare C02. In unele plante cu fotosinteză C4 prin (amaranth, quinoa) acid malic în mitocondrie este decarboxilat celula electrod cu NAD de recuperare.
Malat clivaj rezultată în cloroplastele celulelor captuseala se mută piruvat inapoi in cloroplastele celulelor mezofil, unde poate fi transformat din nou în acceptor primar - C02 FEP. Astfel de procese permite plantelor cu compartimentare C4 fotosinteză prin exercițiu, chiar și cu stomate închise, ca cloroplaste captuseala celule utilizate malat (aspartat) formate anterior, ca donator C02. plante C4 pot folosi, de asemenea, care apare în timpul C02 photorespiration. Închiderea deschiderilor stomatal în cea mai tare moment al zilei reduce pierderea de apă din cauza evaporării (transpirației). Nu este surprinzător, prin urmare, că un plante C4 includ multe tipuri de zone tropicale aride. Plantele cu C4 prin fotosinteză, sunt în general rezistente la salinitate. eficiența utilizării apei, adică. raportul E. greutate asimilat în greutate de apă consumată C02 cu transpirației din plante C4 adesea de două ori mai mare decât cea a plantelor C3. Astfel, plantele C4 sunt superioare plante C3 în habitate uscate datorită ratei ridicate de fotosinteză, chiar și în stomate închise. Fixare cu C02 și educație malat FEP (aspartat) servește ca o pompă pentru alimentarea în funcționare cloroplastele C02 căptușirea căii C3.