Skip to main content
Global

8.7: התגובות הבלתי תלויות באור של פוטוסינתזה - פוטוסינתזה AM ו- C4

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    210154

    • Boundless
    • Boundless
    \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)\(\newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)

    מטרות למידה
    • השווה פוטוסינתזה של C4 ו-CAM

    פוטוסינתזה בצמחי מדבר פיתחה התאמות החוסכות במים. בחום קשה ויבש, יש להשתמש בכל טיפת מים כדי לשרוד. מכיוון שסטומטות חייבות להיפתח כדי לאפשר ספיגה של CO 2, מים בורחים מהעלה במהלך פוטוסינתזה פעילה. צמחי מדבר פיתחו תהליכים לחיסכון במים והתמודדות עם תנאים קשים. שימוש יעיל יותר ב- CO 2 מאפשר לצמחים להסתגל לחיים עם פחות מים.

    צמחים מסוימים כמו קקטוסים יכולים להכין חומרים לפוטוסינתזה במהלך הלילה בתהליך קיבוע ואחסון פחמן זמני, מכיוון שפתיחת הסטומטה בזמן זה חוסכת מים בגלל טמפרטורות קרירות יותר. בנוסף, קקטוסים פיתחו את היכולת לבצע רמות נמוכות של פוטוסינתזה מבלי לפתוח סטומטות כלל, מנגנון לשרוד תקופות יבשות במיוחד.

    דמות
    איור\(\PageIndex{1}\): קקטוס: התנאים הקשים של המדבר הובילו צמחים כמו קקטוסים אלה לפתח וריאציות של התגובות הבלתי תלויות באור של פוטוסינתזה. וריאציות אלה מגבירות את יעילות השימוש במים, ועוזרות לחסוך במים ובאנרגיה.

    פוטוסינתזה של CAM

    קסרופיטים, כמו קקטוסים ורוב הסוקולנטים, משתמשים גם
    בפוספואנולפירובאט (PEP) קרבוקסילאז כדי ללכוד פחמן דו חמצני בתהליך הנקרא מטבוליזם של חומצה קרסולאית (CAM). בניגוד לחילוף החומרים C 4, המפריד פיזית בין קיבוע CO 2 ל- PEP ממחזור קלווין, CAM מפריד זמנית בין שני התהליכים הללו.

    לצמחי CAM יש אנטומיה שונה של עלים מצמחי C 3, ומקבעים את ה-CO 2 בלילה, כאשר הסטומטות שלהם פתוחות. צמחי CAM מאחסנים את ה-CO 2 בעיקר בצורה של חומצה מאלית באמצעות קרבוקסילציה של פוספואנולפירובאט לאוקסלואצטט, אשר לאחר מכן מופחת למלט. דקרבוקסילציה של מאלאט במהלך היום משחררת CO 2 בתוך העלים, ובכך מאפשרת קיבוע פחמן ל3-פוספוגליצרט על ידי RuBisCO. שישה עשר אלף מינים של צמחים משתמשים ב- CAM.

    דמות
    איור\(\PageIndex{1}\): חתך רוחב של אגבה, צמח CAM: חתך רוחב של צמח CAM (מטבוליזם של חומצה קרסולאית), במיוחד של עלה אגבה. צרורות כלי דם מוצגים. ציור המבוסס על תמונות מיקרוסקופיות באדיבות המחלקה למדעי הצמח באוניברסיטת קיימברידג'.

    C 4 קיבוע
    פחמן

    מסלול C4 דומה ל- CAM; שניהם פועלים לריכוז CO 2 סביב RuBisCO, ובכך מגדילים את יעילותו. CAM מרכז אותו באופן זמני, ומספק CO 2 במהלך היום ולא בלילה, כאשר הנשימה היא התגובה הדומיננטית.

    C 4 צמחים, לעומת זאת, מרכזים CO 2 במרחב, עם מרכז תגובה RuBisCO ב"תא מעטפת צרור" המוצף ב-CO 2. בשל חוסר הפעילות הנדרש על ידי מנגנון CAM, קיבוע פחמן C 4 יש יעילות רבה יותר במונחים של סינתזת PGA.

    דמות

    חתך רוחב של תירס, צמח C 4

    חתך רוחב של צמח C4, במיוחד של עלה תירס. ציור המבוסס על תמונות מיקרוסקופיות באדיבות המחלקה למדעי הצמח באוניברסיטת קיימברידג'.

    C 4 צמחים יכולים לייצר יותר סוכר מאשר C 3 צמחים בתנאים של אור וטמפרטורה גבוהים. צמחי יבול חשובים רבים הם צמחי C 4, כולל תירס, דורה, קנה סוכר ודוחן. צמחים שאינם משתמשים ב- PEP-carboxylase בקיבוע פחמן נקראים צמחי C3 מכיוון שתגובת הקרבוקסילציה העיקרית, המזרזת על ידי RuBisCO, מייצרת את החומצות 3-פוספוגליצריות בעלות שלוש פחמן ישירות במחזור קלווין-בנסון. למעלה מ -90% מהצמחים משתמשים בקיבוע פחמן C 3, לעומת 3% המשתמשים בקיבוע פחמן C 4; עם זאת, האבולוציה של C 4 בלמעלה מ -60 שושלות צמחים הופכת אותו לדוגמא בולטת להתפתחות מתכנסת.

    נקודות מפתח

    • תהליך הפוטוסינתזה בצמחי מדבר פיתח מנגנונים לחיסכון במים.
    • צמחים המשתמשים בפוטוסינתזה של מטבוליזם של חומצה קרסולאית (CAM) מקבעים CO 2 בלילה, כאשר הסטומטות שלהם פתוחות.
    • צמחים המשתמשים בקיבוע פחמן C4 מרכזים פחמן דו חמצני במרחב, באמצעות "תאי מעטפת צרור" אשר מוצפים ב-CO 2.

    מונחי מפתח

    • מטבוליזם של חומצה קרסולאית: מסלול קיבוע פחמן שהתפתח בחלק מהצמחים כהסתגלות לתנאים צחיחים, בהם הסטומטות בעלים נשארות סגורות במהלך היום כדי להפחית את האידוי, אך נפתחות בלילה לאיסוף פחמן דו חמצני (CO2).
    • קיבוע פחמן C4: צורה של פוטוסינתזה שבה צמחים מרכזים CO2 במרחב, עם מרכז תגובה RuBisCO ב"תא מעטפת צרור" המוצף ב-CO2