Carbon fiksering

FONT SIZE:
fontsize_dec
fontsize_inc
Maj 15, 2016 Viggo Strandberg c 0 267

Carbon fiksering eller сarbon assimilation refererer til konverteringsprocessen af ​​uorganisk kulstof til organiske forbindelser ved levende organismer. Det mest fremtrædende eksempel er fotosyntese, selv kemosyntese er en anden form for kulstoffiksering der kan finde sted i fravær af sollys. Organismer, der vokser ved at fastsætte kulstof kaldes autotrofe. Autotrofer omfatter photoautotrophs, der syntetiserer organiske forbindelser ved anvendelse af energien i sollyset, og lithoautotrophs, der syntetiserer organiske forbindelser ved anvendelse af energien af ​​uorganisk oxidation. Heterotrofer er organismer, der vokser ved hjælp af kulstof fastsat af autotrofe. De organiske forbindelser anvendes af heterotrofe at producere energi og til at opbygge strukturer i kroppen. "Fixed carbon", "reduceret kulstof" og "organisk kulstof" er tilsvarende udtryk for forskellige organiske forbindelser.

Net vs brutto CO2 fiksering

Det anslås, at cirka 258 milliarder tons kuldioxid omdannes ved fotosyntese årligt. Størstedelen af ​​fikseringen sker i marine miljøer, især i områder med høje næringsstoffer. Af bruttobeløbet af kuldioxid fast er meget større, da ca. 40% forbruges af respiration efter fotosyntese. I betragtning af omfanget af denne proces, er det forståeligt, at RuBisCO er den mest rigelige protein på jorden.

Oversigt over veje

Seks autotrofe kulstoffiksering veje er kendt som 2011. Calvin cyklussen løser kulstof i chloroplaster af planter og alger, og i cyanobakterier. Det løser også kulstof i anoxygenic fotosyntetiske Proteobacteria kaldet lilla bakterier, og i nogle ikke-fototrofe Proteobacteria.

Oxygen fotosyntese

I fotosyntesen, energi fra sollyset driver kulstof fiksering vej. Oxygen fotosyntese bruges af primære producenter planter, alger og cyanobakterier. De indeholder pigment klorofyl, og bruge Calvin cyklus at fastsætte kulstof autotrophically. Processen fungerer på følgende måde:

I det første trin, er vand dissocieres i elektroner, protoner og gratis ilt. Dette tillader brug af vand, en af ​​de mest udbredte stoffer på jorden, som en elektrondonor som en kilde til reduktionsevne. Frigivelsen af ​​frit oxygen er en bivirkning af enorm betydning. Det første trin udnytter energien i sollys til at oxidere vand til O2, og i sidste ende til at producere ATP

og reduktionsmiddel, NADPH

Det andet trin, kaldet Calvin cyklussen, er den faktiske fiksering af kuldioxid udføres. Denne proces forbruger ATP og NADPH. Calvin cyklus i planter udgør overvægten af ​​kulstof fiksering på land. I alger og cyanobakterier, den tegner sig for overvægten af ​​kulstof fiksering i havene. Calvin cyklussen omdanner kuldioxid til sukker, som triosephosphat, som er glyceraldehyd-3-phosphat med dihydroxyacetonephosphat:

En alternativ perspektiv tegner sig for NADPH og ATP:

Formlen for uorganisk phosphat er HOPO3 + 2H. Formler for triose og TP er C2H3O2-CH2OH og C2H3O2-CH2OPO3 + 2H

Evolutionary overvejelser

Et sted mellem 3,5 og 2,3 milliarder år siden, cyanobakterier udviklet oxygen fotosyntese.

Carbon koncentrere mekanismer

Mange fotosyntetiske organismer har erhvervet uorganisk kulstof koncentrere mekanismer, som øger koncentrationen af ​​kuldioxid til rådighed til den oprindelige carboxylase af Calvin cyklussen, enzymet RuBisCO. Fordelene ved CCM omfatter øget tolerance over for lave eksterne koncentrationer af uorganisk kulstof, og reduceret taber til fotorespiration. CCM kan gøre planter mere tolerante over for varme og vand stress.

Carbon koncentrerer mekanismer anvende enzymet kulsyreanhydrase, som katalyserer både dehydrering af bicarbonat til carbondioxid og hydreringen af ​​kuldioxid til bicarbonat

Lipidmembraner er langt mindre permeabelt for bicarbonat end kuldioxid. At fange uorganisk kulstof mere effektivt, har nogle planter tilpasset anaplerotisk reaktioner

katalyseret af PEP carboxylase, at carboxylat phosphoenolpyruvat til oxalacetat som er en C4 dicarboxylsyre.

CAM planter

CAM anlæg, der bruger Crassulacean syre stofskifte som en tilpasning til tørre forhold. CO2 ind gennem stomata løbet af natten og omdannes til 4-carbon-forbindelsen, æblesyre, som frigiver CO2 til anvendelse i Calvin cyklussen i løbet af dagen, når stomata er lukket. Jade anlæg og kaktus er typiske for CAM planter. Seksten tusind arter af planter bruger CAM. Disse planter har en carbon isotop underskrift på -20 til -10 ‰.

C4-planter

C4-planter Forord Calvin cyklus med reaktioner, der inkorporerer CO2 i en af ​​de 4-kulstofforbindelser, æblesyre eller asparaginsyre. C4-planter har en karakteristisk intern blad anatomi. Tropiske græsser, såsom sukkerrør og majs er C4-planter, men der er mange bredbladede planter der er C4. Samlet set 7600 arter af terrestriske planter bruger C4-plante, der repræsenterer omkring 3% af alle arter. Disse planter har en carbon isotop underskrift -16 til -10 ‰.

C3 planter

Det store flertal af planter er C3 planter. De er såkaldte at skelne dem fra CAM og C4-planter, og fordi carboxylering produkter fra Calvin cyklus er 3-carbon-forbindelser. De mangler C4 dicarboxylsyrepartikler cykler, og derfor har højere kuldioxid kompensation point end CAM eller C4-planter. C3 planter har en carbon isotop underskrift -24 til -33 ‰.

Andre autotrofe veje

Af de fem andre autotrofe veje, er to kendte kun i bakterier, kun to i archaea, og en i både bakterier og archaea.

Reduktiv citronsyrecyklus

Den reduktive citronsyre cyklus er den oxidative citronsyre cyklus køres i bakgear. Det er blevet fundet i anaerobe og mikroaerobe bakterier. Det blev foreslået i 1966 af Evans, Buchanan og Arnon, som arbejdede med anoxygenic fotosyntetiske grønne svovl bakterie, de kaldte Chlorobium thiosulfatophilum. Den reduktive citronsyre cyklus kaldes Arnon-Buchanan cyklus.

Reduktiv acetyl-CoA pathway

Den reduktive acetyl-CoA vej drives i strengt anaerobe bakterier og archaea. Den vej blev foreslået i 1965 af Ljungdahl og Wood. De arbejdede med grampositive eddikesyre bakterie Clostridium thermoaceticum, som nu hedder Moorella thermoacetica. Hydrogenotrophic metanogenese, som kun findes i visse archaea og tegner fror 80% af den globale metanogenese, er også baseret på den reduktive acetyl CoA pathway. Den vej er ofte omtalt som Wood-Ljungdahl vej.

3-hydroxypropionat og to relaterede cyklusser

Det 3-hydroxypropionat cyklus udnyttes kun af grønne nonsulfur bakterier. Det blev foreslået i 2002 for anoxygenic fotosyntetiske Chloroflexus aurantiacus. Ingen af ​​de enzymer, der deltager i 3-hydroxypropionat cyklus er særligt oxygenfølsomme.

En variant af 3-hydroxypropionat pathway fandtes at operere i aerob ekstreme thermoacidophile archaeon Metallosphaera sedula. Denne vej, kaldet 3-hydroxypropionat / 4-hydroxybutyrat cyklus. Og endnu en anden variant af 3-hydroxypropionat pathway er dicarboxylat / 4-hydroxybutyrat cyklus. Det blev opdaget i anaerob archaea. Det blev foreslået i 2008 for hypertermofil Archeon Ignicoccus hospitalis.

Kemosyntese

Kemosyntese er kulstoffiksering drevet ved oxidation af uorganiske stoffer. Svovl- og brint-oxiderende bakterier bruger ofte Calvin cyklus eller reduktive citronsyre cyklus.

Ikke-autotrofe veje

Selv om næsten alle heterotrofer ikke kan syntetisere komplette organiske molekyler kuldioxid, er nogle kuldioxid inkorporeret i deres stofskifte. Især pyruvatcarboxylase forbruger kuldioxid som en del af gluconeogenese og carbondioxid forbruges i forskellige anaplerotisk reaktioner.

Carbon isotop diskrimination

Nogle carboxylaser, især RuBisCO, fortrinsvis at binde den lettere carbon stabil isotop kulstof-12 over tungere kulstof-13. Dette er kendt som kulstofisotop diskrimination og resulterer i carbon-12 til carbon-13-forhold i anlægget, som er lavere end i den frie luft. Måling af dette forhold er vigtig i vurderingen af ​​vandforbruget effektivitet i planter, og også i vurderingen af ​​de mulige eller sandsynlige kilder til kulstof i globale studier kulstof cyklus.

  0   0
Forrige artikel Arnold Döring
Næste artikel Casco klasse cutter

Kommentarer - 0

Ingen kommentar

Tilføj en kommentar

smile smile smile smile smile smile smile smile
smile smile smile smile smile smile smile smile
smile smile smile smile smile smile smile smile
smile smile smile smile
Tegn tilbage: 3000
captcha