植物生物學的一道論述題

時間 2021-08-11 16:48:17

1樓:4ever的小生活

高等植物的碳同化途徑有三條,即c3途徑、c4途徑和cam(景天酸代謝)途徑。

(一)c3途徑

在這個迴圈中,co2的受體是一種戊糖(核酮糖二磷酸,rubp),故又稱為還原戊糖磷酸途徑(rppp)。二氧化碳被固定形成的最初產物是一種三碳化合物,故稱為c3途徑。是卡爾文等在50年代提出的,故稱為卡爾文迴圈。

卡爾文迴圈具有合成澱粉等產物的能力,是所有植物光合碳同化的基本途徑,大致可分為三個階段,即羧化階段、還原階段和再生階段。

c3途徑的總反應式為:

3co2 + 5h2o + 9atp + 6nadph+6h+ → gap + 9adp + 8pi + 6nadp+

由上式可見,每同化1molco2,要消耗3molatp和2molnadph。還原3molco2可輸出一個磷酸丙糖(gap或dhap)。

磷酸丙糖可在葉綠體內形成澱粉或運出葉綠體,在細胞質中合成蔗糖。若按每同化1molco2可貯能478kj,每水解1molatp和氧化1molnadph可分別釋放能量32kj和217kj計算,則通過卡爾文迴圈同化co2的能量轉換效率為90%。(即478/(32×3+217×2)),由此可見,其能量轉換效率是非常高的。

(二) c4途徑

有些起源於熱帶的植物,如甘蔗、玉米等,除了和其它植物一樣具有卡爾文迴圈以外,還存在一條固定co2的途徑。

固定co2的最初產物是四碳二羧酸,故稱為c4-二羧酸途徑,簡稱c4途徑。

按c4途徑固定co2的植物稱為c4植物。現已知被子植物中有20多個科近2 000種植物中存在c4途徑。

c4途徑的co2受體是葉肉細胞胞質中的磷酸烯醇式丙酮酸(pep),在磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(pepc)的催化下,固定hco3-(co2溶解於水),生成草醯乙酸(oaa)。

草醯乙酸由nadp-蘋果酸脫氫酶催化,被還原為蘋果酸,反應在葉綠體中進行。

但是,也有植物,其草醯乙酸與穀氨酸在天冬氨酸轉氨酶作用下,oaa接受穀氨酸的氨基,形成天冬氨酸,反應在細胞質中進行。

這些蘋果酸或天冬氨酸接著被運到維管束鞘細胞中去。四碳二羧酸在bsc中脫羧後變成的丙酮酸,再從維管束鞘細胞運回葉肉細胞,在葉綠體中,經丙酮酸磷酸雙激酶催化和atp作用,生成co2的受體pep,使反應迴圈進行,而四碳二羧酸在bsc葉綠體中脫羧釋放的co2,由bsc中的c3途徑同化。

根據參與c4二羧酸脫羧反應的酶不同,c4途徑又分三種生化型別。

(1) nadp-蘋果酸酶型(nadp-me型):如玉米、甘蔗、高粱、馬唐等即屬此類;它們的鞘細胞葉綠體基粒發育差,psⅱ活性低。

脫羧的部位:bsc的葉綠體。

(2) nad-蘋果酸酶型(nad-me型): 如龍爪稷、蟋蟀草、狗芽根、馬齒莧和黍等屬於此類。這類植物的葉肉細胞和鞘細胞中有高活性的天冬氨酸和丙氨酸氨基轉移酶以及nad-蘋果酸酶。

而nadp-me和pck活性均很低。

脫羧的部位:bsc的線粒體。

(3) pep羧激酶型(pck型):如羊草、無芒虎尾草、衛茅、鼠尾草等屬於此類。這個亞型的最大特點是bsc的細胞質中pep羧激酶活力很高。

脫羧的部位:bsc的細胞質和線粒體。

這三種生化亞型中,脫羧產生的co2都在bsc的葉綠體中經c3途徑同化。

c4途徑中,c4酸的脫羧在bsc中進行,使bsc內的co2濃度高出空氣的20倍左右,因此,bsc相當於一個「co2」泵的作用,能有效抑制rubisco的加氧反應,提高co2同化速率。

同時pepc對co2的親和力高,pepc對co2的km值為7μmol,而rubisco對co2的km值為450μmol,因此,c4途徑的co2同化速率高於c3途徑。

但c4途徑同化co2需要消耗額外的atp用於pep的再生,所以,高光合速率只有在強光、高溫下才能表現出來。

c4途徑的酶活性受光、代謝物運輸和二價離子的調節。光可活化c4途徑中的pepc、nadp-md和ppdk,在暗中這些酶則被鈍化。蘋果酸和天冬氨酸抑制pepc活性,而g6p、pep則增加其活性。

mn2+和mg2+是nadp-me、nad-me、pck的活化劑

三、景天酸代謝途徑

在乾旱地區生長的景天科、仙人掌科等植物有一個特殊的co2同化方式:夜間氣孔開放,吸收co2,在pepc作用下與糖酵解過程中產生的pep結合形成oaa,oaa在nadp-蘋果酸脫氫酶作用下進一步還原為蘋果酸,積累於液胞中,表現出夜間澱粉、糖減少,蘋果酸增加,細胞液變酸。白天氣孔關閉,液胞中的蘋果酸運至細胞質在nad-或andp-蘋果酸酶、或pep羧激酶催化下氧化脫羧釋放co2,再由c3途徑同化;脫羧後形成的丙酮酸和pep則轉化為澱粉。

丙酮酸也可進入線粒體,也被氧化脫羧生成co2進入c3途徑,同化為澱粉。所以白天表現出蘋果酸減少,澱粉、糖增加,酸性減弱。這類植物體內白天糖分含量高,而夜間有機酸含量高。

具有這種有機酸合成日變化的光合碳代謝型別稱為景天科酸代謝(cam)途徑。

具有cam途徑的植物稱cam植物。目前在近30個科,100多個屬,1萬多種植物中發現存在cam途徑。如景天、仙人掌、菠蘿等。

cam植物多起源於熱帶,分佈於乾旱環境中。因此,cam植物多為肉質植物(但並非所有的肉質植物都是cam植物),具有大的薄壁細胞,內有葉綠體和大液泡。

cam植物的型別:根據植物在一生中對cam的專性程度分為兩類

(1) 專性cam植物:其一生中大部分時間的碳代謝是cam途徑;

(2) 兼性cam植物:在正常條件下進行c3途徑,當遇到乾旱、鹽漬和短日照時則進行cam途徑,以抵抗不良環境。如冰葉日中花(ice plant)。

cam途徑與c4途徑基本相同,二者的差別在於c4植物的兩次羧化反應是在空間上(葉肉細胞和維管束鞘細胞)分開的,而cam植物則是在時間上(黑夜和白天)分開的。

綜上所述,植物的光合碳同化途徑具有多樣性,這也反映了植物對生態環境多樣性的適應。但c3途徑是光合碳代謝最基本最普遍的途徑,同時,也只有這條途徑才具備合成澱粉等產物的能力,c4途徑和cam途徑則是對c3途徑的補充。

2樓:

光合作用同化co2途徑有:c3途徑,c4途徑和cam途徑。

c3途徑是最基本的原因很簡單:無論是c4及cam途徑都要通過c3途徑來同化co2。沒有c3途徑就沒有後兩者。

作為論述題的話,再加上這三個途徑的簡介即可。

3樓:

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