Растителен метаболизъм и фотосинтеза
Растенията преобразуват слънчевата светлина и въглеродния диоксид в органични молекули, които поддържат почти целия живот, след което обработват тези молекули чрез дишане и ги преработват в огромно разнообразие от специализирани съединения.
Definition
Растителният метаболизъм е съвкупността от биохимични реакции, поддържащи растителния живот, съсредоточен върху фотосинтезата – задвижваната от светлина фиксация на въглероден диоксид в органична материя – заедно с дишането и специализирания (вторичен) метаболизъм.
Scope
Тази област обхваща енергийния и въглеродния метаболизъм на растенията: фотосинтетични светлинни реакции и фиксация на въглерод, клетъчно дишане и енергиен метаболизъм, както и биосинтеза на вторични метаболити, които медиират растителната защита, сигнализация и оцветяване.
Sub-topics
Core questions
- Как растенията улавят светлинната енергия и я използват за фиксиране на въглероден диоксид в захари?
- Как се освобождава енергията, съхранявана в захарите, чрез дишане?
- Как и защо растенията произвеждат огромното разнообразие от вторични метаболити?
Key theories
- Двуетапна фотосинтеза
- Фотосинтезата протича в светлинни реакции, които преобразуват светлинната енергия в АТФ и НАДФН, и въглеродни реакции (цикъл на Калвин-Бенсън), които използват тази химическа енергия за фиксиране на въглероден диоксид във въглехидрати.
- Хемиосмотично енергийно свързване
- Както фотосинтезата, така и дишането свързват електронния транспорт с изпомпването на протони през мембрана, а полученият градиент задвижва синтеза на АТФ.
Clinical relevance
Фотосинтезата е основният източник на храна и кислород и централен лост в глобалния въглероден цикъл; разбирането на растителния метаболизъм подпомага усилията за повишаване на добивите от култури, инженеринг на толерантност към стрес и производство на фармацевтични продукти и други съединения от вторичния метаболизъм на растенията.
History
Пътят на въглерода във фотосинтезата е проследен от Калвин и Бенсън с радиоактивни индикатори в средата на ХХ век, докато хемиосмотичната теория на Мичъл обединява енергопреобразуващите мембрани на хлоропластите и митохондриите.
Key figures
- Melvin Calvin
- Andrew Benson
- Rudolph Marcus
- Peter Mitchell
Related topics
Seminal works
- buchanan2015
- taiz2015
Frequently asked questions
- Кои са двата етапа на фотосинтезата?
- Светлинните реакции в тилакоидните мембрани улавят светлина, за да произведат АТФ и НАДФН и да освободят кислород, а въглеродните реакции от цикъла на Калвин-Бенсън използват този АТФ и НАДФН за фиксиране на въглероден диоксид в захар.
- Защо растенията произвеждат вторични метаболити?
- Вторичните метаболити не са необходими за основния растеж, но изпълняват екологични роли – защита срещу тревопасни животни и патогени, привличане на опрашители и защита срещу ултравиолетова светлина и други стресове.