Сам фотосинтез растения примеры

CAM Plants – определение и примеры

CAM – сокращение от «метаболизма Crassulacean Acid» – это метод фиксации углерода, развивающийся некоторыми растениями в засушливых условиях.

У большинства растений устьицы – которые похожи на крошечные рты, которые поглощают кислород по всей поверхности своих листьев – открываются в течение дня для поглощения CO2 и выделения O2.

Растения должны поглощать СО2, потому что они используют его в качестве источника атомов углерода для создания сахаров, белков, нуклеотидов и других строительных блоков жизни. Они также должны выпускать отходы O2, которые являются побочным продуктом, который остается после того, как атом углерода из CO2 был включен в сахар.

Большинство растений открывают свои устьицы в течение дня, потому что именно тогда энергия поступает от Солнца. Энергия Солнца собирается хлоропластами и используется для производства АТФ и NADPH, Эти краткосрочные молекулы накопления энергии затем используются для питания фиксации углерода в сахаре.

Однако на растениях, живущих в очень сухих условиях, опасное количество воды может быть потеряно, если устьица открыта в жаркие, сухие дни. Ночью, которая, как правило, намного прохладнее в сухих условиях, гораздо меньше воды теряется при открытии устьиц.

Чтобы удовлетворить свои потребности сочетать энергию Солнца с CO2 из воздуха, заводы CAM ночью принимают CO2 и хранят его в форме четырехуглеродной кислоты, называемой «малат». Затем малат высвобождается в течение дня, где его можно сочетать с АТФ и НАДФН, созданными солнечной энергией.

Это позволяет растениям сберегать воду, закрывая устьицы в жаркие дни.

Название «Crassulacean Acid Metabolism» происходит от крассулы растение Это было первое место, где CAM метаболизм был открыт и изучен.

Этапы фотосинтеза САМ

1. CAM фотосинтез начинается ночью, когда устья растения открыты и газ CO2 может диффундировать в цитоплазма клеток мезофилла САМ.

В цитоплазме этих клеток молекулы СО2 сталкиваются с гидроксильными ионами ОН-, которые вместе с ними превращаются в НСО3 – фермент фосфоенолпируваткарбоксилазу (ПКП-карбоксилазу).

2. PEP фермент карбоксилаза катализирует следующую реакцию, чтобы добавить CO2 к молекула называется фосфоенолпируватом (ПКП).

3. Оксалоацетат затем получает электрон от НАДН и становится молекулой малата. Эта реакция катализируется ферментом малатдегидрогеназы (MDH). Эта реакция выглядит так:

Оксалоацетат + НАДФН + МДГ → малат + НАДФ +

Интересно, что малатдегидрогеназа катализирует обратимую реакцию, что означает, что она может либо добавлять электроны в оксалоацетат, либо отнимать электроны от молекул малата.

4. Малат теперь хранится в вакуолях внутри растительных клеток, пока не взойдет солнце и не начнется фотосинтез. Когда это происходит, малат входит в Calvin Cycle точно так же, как 3-фосфоглицерат в растении, использующем путь 3-углерода или «С3» для фиксации углерода.

Кактусы

Стереотипное «пустынное растение» – это кактусы. Эти растения, которые выглядят очень не так, как обычные зеленые листья, идеально подходят для выживания в пустыне.

Типичные кактусы имеют округлую форму, что сводит к минимуму площадь поверхности, через которую они могут терять воду в течение дня. У многих также есть шипы, чтобы нанести удар любым животным, которые могут хотеть съесть их и потреблять их восхитительную воду.

Таким образом, имеет смысл, что кактусы также используют цикл CAM, чтобы предотвратить открытие устьиц и потерю воды в течение дня!

агава

Агава – растение, которое стало популярным, потому что оно используется для производства текилы и сладкого нектара агавы – также использует CAM для выживания в пустынной среде.

Он больше похож на зеленое листовое растение, чем на кактус, но, как и кактусы, у него развита плотная мякоть, чтобы уменьшить площадь поверхности и сохранить воду, и колючки по краям его листьев, чтобы не дать животным съесть их.

Clusia Pratensis

Clusia pratensis – это цветущее дерево, которое обитает на сухих равнинах Панамы в Центральной Америке.

Это одно из многих растений, которые являются «факультативными CAM-растениями» – те, которые могут использовать CAM-дыхание в жарких и сухих условиях, но также могут выполнять нормальную фиксацию углерода «C3».

Другие факультативные растения САМ, которые могут переключаться между двумя способами фиксации углерода, включают Calandrinia polyandra, Mesembryanthemum crystalinum, Portulaca oleracea и Talinum triangulare.

• Цикл углерода – Цикл, в котором атомы углерода движутся по живым экосистемам, от «закрепления» в сахарах растениями и другими фотоавтотрофами до выдыхания животными в качестве ненужного продукта расщепления сахара.
• Углеродная фиксация – Процесс, посредством которого атомы углерода из CO2 из атмосферы включаются в простые сахара, которые могут использоваться живыми существами в качестве долговременного топлива и строительных материалов.
• фотосинтез – Процесс, с помощью которого растения используют энергию Солнца для выполнения жизненных функций.

викторина

1. Почему CAM иногда называют углеродной фиксацией «C4»?A. Потому что 4 лучше, чем 3.B. Потому что для производства молекулы глюкозы требуется 4 цикла CAM.C. Потому что для фиксации углерода в CAM используется малат, который представляет собой сахар, содержащий 4 атома углерода.D. Ни один из вышеперечисленных.

С верно. CAM-фотосинтез использует четырехуглеродный сахар малат для фиксации углерода, тогда как большинство растений используют трехуглеродный сахар для фиксации CO2.

2. Какое из следующих растений наиболее вероятно использует фотосинтез CAM?A. Растение, живущее в умеренном лесу.B. Растение, живущее в тропическом лесу.C. Растение, живущее в арктической тундре.D. Растение, живущее в пустыне.

D верно. Растение, живущее в пустыне, подвергнется наибольшему риску открытия устьиц в течение дня и получит наибольшую выгоду от использования CAM-дыхания.

3. Что такое факультативный САМ завод?A. Растение, которое может использовать только CAM для фиксации углерода.B. Растение, которое не может использовать CAM для фиксации углерода.C. Завод, который может использовать CAM при необходимости, но может также использовать другие методы для фиксации углерода.D. Ни один из вышеперечисленных.

С верно. В биологии «факультативный» обычно означает, что форма жизни может что-то делать, когда это полезно, но не делает это постоянно.

Источник

28.Сам-фотосинтез.Особенности анатомии и адаптации растений с сам-метаболизмом

САМ-метаболизм стали изучать задолго до С3- и С4-фотосинтеза. САМ-метаболизм состоит в том, что в ночное время в цитоплаз- ме происходит восстановительное карбоксилирование ФЕП с образованием ма- лата, как у С4-растений. Малат накапливается и хранится в вакуоли.

Существует еще одна группа растений, имеющая особенности в осуществлении первичной фиксации С0₂. Это суккуленты, в частности кактусы и растения семейства Толстянковые (Crassulaceae). Поэтому этот тип фотосинтеза получил название Crassulaceae acid metabolism или САМ-метаболизм (САМ-путь). При функционировании САМ-пути устьица растений закрыты днем, когда интенсивность транспирации максимальна, и открыты ночью, когда потери воды ми­нимальны. Это предохраняет растения от излишней потери воды, повышает их устойчивость к засухе. Химизм фиксации С0₂ при САМ-пути сходен с С₄-путем, однако если у С₄-растений фотосинтез разделен в пространстве, то при САМ-пути — во времени. У САМ-растений фиксация С0₂происходит в ночное время, когда устьица открыты. С0₂ поступает в клетки листа и в цитоплазме при участии ФЕП-карбоксилазы присоединяется к фосфоенолпировиноградной кислоте (ФЕП) с образованием органических кислот (щавелевоуксусной кислоты). ЩУК восстанавливается до яблочной кислоты, которая накапливается в вакуолях клеток листа. Реакция идет при участии фермента малатдегидрогеназы (малик-фермент). Днем на свету, когда устьица закрыты, яблочная кислота транспортируется из вакуолей в цитоплазму, где происходит декарбоксилирование ЩУК с образованием С0₂ и пировиноградной кислоты. С0₂передвигается в хлоропласта и с помощью РБФ-карбоксилазы/оксигеназы вступает в цикл Кальвина. Таким образом, в клетках этих растений содержится как ФЕП-карбоксилаза, так и РБФ-карбоксилаза/оксигеназа. Синтезируемые в дневные часы в цикле Кальвина углеводы используются как источники метаболитов (например, ФЕП), необходимых для повторения цикла.

Осуществление фотосинтеза по такому пути позволяет растениям максимально экономить воду и поддерживать процесс фотосинтеза в условиях острого водного дефицита. Однако САМ-путь не может обеспечить высокой продуктивности растений, поэтому данные растения медленно растут и не могут конкурировать с С₃— и С₄-растениями при менее экстремальных условиях. Возможна смена путей фиксации С0₂. При достаточном количестве воды растения с САМ-метаболизмом могут переходить на С₃-путь. Так, показана способность Mesembryanthemum crystallinum L. (хрустальная травка) менять направленность метаболических процессов, переходя с С₃-пути фотосинтеза на САМ в условиях действия различных стрессоров: водного, солевого, температурного. В научной литературе имеются указания о наличии и других путей связывания С0₂. Однако они еще недостаточно изучены. Важно также подчеркнуть, что на всех этапах фотосинтетического цикла промежуточные продукты могут претерпевать различные превращения в зависимости от условий среды. Именно это является основой для образования разнообразных продуктов фотосинтеза.

Источник

Билет 29. САМ-тип фотосинтеза

Существует еще одна группа растений, имеющая особенности в осуществлении первичной фиксации С0₂. Это суккуленты, в частности кактусы и растения семейства Толстянковые (Crassulaceae). Поэтому этот тип фотосинтеза получил название Crassulaceae acid metabolism или САМ-метаболизм (САМ-путь). При функционировании САМ-пути устьица растений закрыты днем, когда интенсивность транспирации максимальна, и открыты ночью, когда потери воды ми­нимальны. Это предохраняет растения от излишней потери воды, повышает их устойчивость к засухе. Химизм фиксации С0₂ при САМ-пути сходен с С₄-путем, однако если у С₄-растений фотосинтез разделен в пространстве, то при САМ-пути — во времени. У САМ-растений фиксация С0₂происходит в ночное время, когда устьица открыты. С0₂ поступает в клетки листа и в цитоплазме при участии ФЕП-карбоксилазы присоединяется к фосфоенолпировиноградной кислоте (ФЕП) с образованием органических кислот (щавелевоуксусной кислоты). ЩУК восстанавливается до яблочной кислоты, которая накапливается в вакуолях клеток листа. Реакция идет при участии фермента малатдегидрогеназы (малик-фермент). Днем на свету, когда устьица закрыты, яблочная кислота транспортируется из вакуолей в цитоплазму, где происходит декарбоксилирование ЩУК с образованием С0₂ и пировиноградной кислоты. С0₂передвигается в хлоропласта и с помощью РБФ-карбоксилазы/оксигеназы вступает в цикл Кальвина. Таким образом, в клетках этих растений содержится как ФЕП-карбоксилаза, так и РБФ-карбоксилаза/оксигеназа. Синтезируемые в дневные часы в цикле Кальвина углеводы используются как источники метаболитов (например, ФЕП), необходимых для повторения цикла.

Осуществление фотосинтеза по такому пути позволяет растениям максимально экономить воду и поддерживать процесс фотосинтеза в условиях острого водного дефицита. Однако САМ-путь не может обеспечить высокой продуктивности растений, поэтому данные растения медленно растут и не могут конкурировать с С₃— и С₄-растениями при менее экстремальных условиях. Возможна смена путей фиксации С0₂. При достаточном количестве воды растения с САМ-метаболизмом могут переходить на С₃-путь. Так, показана способность Mesembryanthemum crystallinum L. (хрустальная травка) менять направленность метаболических процессов, переходя с С₃-пути фотосинтеза на САМ в условиях действия различных стрессоров: водного, солевого, температурного. В научной литературе имеются указания о наличии и других путей связывания С0₂. Однако они еще недостаточно изучены. Важно также подчеркнуть, что на всех этапах фотосинтетического цикла промежуточные продукты могут претерпевать различные превращения в зависимости от условий среды. Именно это является основой для образования разнообразных продуктов фотосинтеза.

Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:

Источник