Fotosinteza este un proces fundamental pentru viața pe Pământ, prin care plantele, algele și unele bacterii transformă energia solară în energie chimică. Acest mecanism este împărțit în două faze principale: faza de lumină și faza de întuneric. Deși numele său poate sugera altfel, faza întunecată nu apare în absența luminii, ci pur și simplu nu depinde direct de aceasta.
În această fază, dioxidul de carbon este fixat în compuși organici printr-o serie de reacții chimice reglate de enzime, ceea ce duce la sinteza de molecule esențiale pentru viața plantelor. Unul dintre cele mai importante procese din cadrul acestei etape este celebrul ciclu Calvin, unde sunt generate hidrati de carbon care va fi folosit de planta ca sursa de putere și pentru construcția structurilor celulare.
Care este faza întunecată a fotosintezei?
Cunoscută și sub denumirea de fază biosintetică sau ciclu Calvin-Benson, faza întunecată este etapa în care este încorporat CO.2 atmosferică în compuși organici. Are loc în stroma cloroplastelor celulelor vegetale și utilizează produsele generate în faza de lumină: ATP (adenozin trifosfat) și NADPH (fosfat redus de nicotinamidă adenin dinucleotidă).
Deși nu necesită în mod direct lumină, funcționarea sa este condiționată de aceasta, deoarece multe dintre ele enzime implicate în acest proces depind de reglarea luminii și de factori precum temperatura și concentrația de CO.2.
Ciclul Calvin: cheia procesului
Ciclul Calvin este un set de reacții chimice care permit fixarea carbonului sub formă de compuși organici care pot fi utilizați de plantă. Este împărțit în trei principalele faze:
- Fixarea carbonului: CO2 se leagă de o moleculă de ribuloză-1,5-bisfosfat (RuBP) datorită acțiunii enzimei RuBisCO (ribulozo-1,5-bisfosfat carboxilază-oxigenază). Rezultă o moleculă instabilă cu șase atomi de carbon, care se împarte în două molecule de acid 3-fosfogliceric (3-PGA).
- Reducere: 3-PGA este transformat în gliceraldehidă-3-fosfat (G3P) prin utilizarea ATP y NADPH. Unele dintre aceste molecule sunt folosite pentru a genera glucoză și alți compuși organici.
- Regenerarea RuBP: Unele molecule G3P sunt reciclate pentru a regenera ribuloză-1,5-bifosfat, permițând ciclului să continue.
Tipuri de fixare a carbonului
Există diferite moduri prin care plantele efectuează fixarea carbonului în stadiul întunecat al fotosintezei, în funcție de adaptarea lor la mediu:
- C plante3: Majoritatea plantelor folosesc această metodă, în care CO2 Este încorporat direct în ciclul Calvin.
- C plante4: În medii calde, unele plante captează CO2 în alte celule decât cele din ciclul Calvin, evitând fotorespirația și îmbunătățind eficiența fotosintetică.
- plante CAM: Tipic zonelor aride, aceste plante captează CO2 peste noapte și păstrați-l sub formă de malat pentru utilizare în timpul zilei.
Importanța RuBisCO în faza întunecată
La RuBisCO Este enzima responsabilă pentru fixarea CO2 în ciclul Calvin și este considerată cea mai abundentă din biosferă. Cu toate acestea, are un defect: poate fixa și oxigenul, ducând la fotorespiratie, un proces care scade eficiența fotosintetică. Din acest motiv, plantele s-au dezvoltat strategii pentru a minimiza acest efect.
Produsele finale și utilitatea lor
Produsele generate în faza întunecată sunt esențiale pentru creșterea și dezvoltarea plantei:
- Glucoză: folosit ca sursă de energie sau depozitat ca amidon.
- Zaharoză: transportat în alte părți ale plantei pentru utilizare imediată.
- Celuloză: folosit la construirea peretilor celulari.
Factorii care influențează faza întunecată
Condițiile de mediu joacă un rol crucial în eficiența fazei întunecate:
- Temperatura: Activitatea enzimatică a ciclului Calvin este dependentă de temperatură, fiind optimă în intervale moderate.
- Concentrația de CO2: o creștere a CO2 promovează fixarea carbonului și producția de glucoză.
- Disponibilitatea ATP și NADPH: esențiale pentru proces, provin din faza luminoasă.
Studiul fotosintezei și în special al fazei întunecate continuă să trezească un mare interes în comunitatea științifică, deoarece optimizarea acesteia ar putea avea un impact pozitiv asupra producției agricole și asupra reducerii CO2.2 atmosferice. Înțelegerea ciclului Calvin și a implicațiilor sale ne permite să evaluăm importanța acestui proces în echilibrul ecologic al planetei.