البناء الضوئي

Photosynthesis:

Dark Reaction

By

Dr. Mervat A. Raafat

Photosynthesisالبناء الضوئي •

Chloroplast

Light

Stack of thylakoids ADP

+ P

NADP

Stroma

Light reactions

Calvin cycle

Sugar used for

Cellular respiration

Cellulose

Starch

Other organic compounds

:عملية البناء الضوئي

:تتم فى البالستيدات الخضراء وتتم من خالل تفاعلين

light-dependent reactionتفاعل الضوء 1.

light-independent reactionتفاعل الظالم 2.

تتم عملية البناء الضوئي فى الكلوروبالست

تفاعل الضوء يتم فى

الجرانا و تحديدا فى

Thylakoidsأغشية

تفاعل الظالم يتم

فى الستروما

Carbon dioxide + water glucose + oxygen

6CO2 + 6H20 C6H12O6 + 6O2

Sunlight

Chlorophyll

Sunlight

Chlorophyll

:تفاعل البناء الضوئي

Carbon dioxide

Water Glucose Oxygen gas

PHOTOSYNTHESIS

Light-dependent reactionتفاعل الضوء

2 H + 1/2

Water-splitting photosystem

Reaction- center

chlorophyll

Light

Primary electron acceptor

Energy to make

Primary electron acceptor

Primary electron acceptor

NADPH-producing photosystem

Light

NADP

1

2

3

Light-dependent reactionتفاعل الضوء

Inputs:

• H2O

• Light Energy

• ADP & Pi

• NADP+

Outputs:

• O2

• ATP

• NADPH

ADP

Light Light

Chloroplast

Light reactions

Calvin cycle

NADP

ADP + P

Light independent reactionتفاعل الظالم

خالل تفاعل الظالم يتم بناء السكر

:من ثانى أكسيد الكربون حيث انالنانجة من ATPجزيئات 1.

تفاعل الضوء توفر الطاقة

الالزمة لبناء السكر.2 NADPH الناتج من تفاعل

الضوء يمثل القوة اإلختزالية CO2الالزمة إلختزال

يحدث تفاعل الظالم من خالل 3.

سلسلة من التفاعالت اإلنزيمية

التي تتم فى الستروما داخل

البالستيدات الخضراء و يطلق

على هذة التفاعالت إسم دورة Calvin Cycleكالفن

Light-independent reaction

Has 3 phases

مراحل دورة كالفن

1. Carbon fixation تثبيت الكربون

2. Reduction اإلختزال

3. Regeneration of RubP

5.1إعادة إنتاج الريبيولوز

داي فوسفات

CARBON FIXATIONتثبيت ثاني أكسيد الكربون 1.

Rubisco

RuBp CO2

Phospho Glyceric acid Phospho Glyceric acid

Later becomes glucose!

.جزيئات ثاني أكسيد الكربون تدخل للستروما(6)1.

CO2يربط جزيئات RUBISCOإنزيم 2.داي 5.1جزيئات ريبيولوز 6بعدد

فوسفات

جزيئ فوسفو جلسيريك 12ينتج عدد 3. أسيد

يحفز ,Ribulose Bisphosphate Carboxylase (RuBPCarboxylase)إنزيم فوسفوجلسرات 3جزيئ 12تثبيت ثاني أكسيد الكربون و ينتج

6 ribulose-1,5-bisphosphate + 6CO2 12 3-phosphoglycerate

Ribulose-1,5-bisphosphate

(RuBP)

OH

H2C

CH

C

C

OHH

H2C OPO32-

OPO32-

O

3-Phosphoglycerate

(3PG)

OH

H2C

CH

COO

OPO32-

-

+ CO2

Rubisco 12 6

6

فوسفوجلسرالدهيد 3إختزال فوسفو جلسريك إلى 2.

جزيئ جلسرالدهيد 12يختزل إلى PGA-3جزيئ من الفوسفوجلسريك 12عدد 1.

G3Pفوسفات 3 ATPجزيئ من 12يستهلك 2.

+NADP إلى NADPHجزيئ 12يتم أكسدة 3.

3.1و ينتج ATPبواسطة PGA-3إنزيم الفوسفوجلسرات كينيز يحفز فسفرة 4.

داي فوسفو جلسيريكداي فوسفو 3.1فوسفات ديهيدروجنيز يحفز إختزال 3إنزيم الجلسرالدهيد 5.

NADPHجلسيريك أسيد بواسطة

: 3P (GAإختزال )بناء على ما سبق فإن المرحلة الثانية

:وهى تشمل الخطوتين التاليتين

بحفز إنزيم فوسفوجلسيرات كينيز و فى هذة PGA 1,3إلى PGA-3فسفرة 1.

.ATPجزيئ 12الخطوة يستهلك

و تتم NADPHجزيئ 12و يتأكسد G3Pإلى PGA-1,3إختزال 2.

.فوسفات ديهيدروجنيز-3-بمالمسة إنزيم جلسرالدهيد

OH

H2C

CH

COO

OPO32

OH

H2C

CH

COPO3

2O

OPO32

OH

H2C

CH

CHO

OPO32

ATP ADP NADPH NADP+

Pi

1,3-bisphospho- glycerate

3-phospho- glycerate

glyceraldehyde- 3-phosphate

Phosphoglycerate

Kinase

Glyceraldehyde-3-phosphate

Dehydrogenase

12

12

12

12

bisphosphate 5 .1Rubuloseإعادة إنتاج 3.

1. Triose phosphate isomerase converts all of the G3P reversibly into dihydroxyacetone phosphate (DHAP), also a 3-carbon molecule.

2. Aldolase and fructose-1,6-bisphosphatase convert a G3P and a DHAP into fructose 6-phosphate (6C). A phosphate ion is lost into solution.

3. Then fixation of another CO2 generates two more G3P. 4. F6P has two carbons removed by transketolase, giving erythrose-4-phosphate. The two carbons on

transketolase are added to a G3P, giving the ketose xylulose-5-phosphate (Xu5P). 5. E4P and a DHAP (formed from one of the G3P from the second CO2 fixation) are converted into

sedoheptulose-1,7-bisphosphate (7C) by aldolase enzyme. 6. Sedoheptulose-1,7-bisphosphatase (one of only three enzymes of the Calvin cycle that are unique to

plants) cleaves sedoheptulose-1,7-bisphosphate into sedoheptulose-7-phosphate, releasing an inorganic phosphate ion into solution.

7. Fixation of a third CO2 generates two more G3P. The ketose S7P has two carbons removed by transketolase, giving ribose-5-phosphate (R5P), and the two carbons remaining on transketolase are transferred to one of the G3P, giving another Xu5P. This leaves one G3P as the product of fixation of 3 CO2, with generation of three pentoses that can be converted to Ru5P.

8. R5P is converted into ribulose-5-phosphate (Ru5P, RuP) by phosphopentose isomerase. Xu5P is converted into RuP by phosphopentose epimerase.

9. Finally, phosphoribulokinase (another plant-unique enzyme of the pathway) phosphorylates RuP into RuBP, ribulose-1,5-bisphosphate, completing the Calvin cycle. This requires the input of one ATP.

يحول Trios phosphate Isomeraseإنزيم •

DHAPجزيئات 6إلى G3Pجزيئات 6

جزيئ 2يحفز إرتباط Aldolaseإنزيم •

G3P جزيئ 2معDHAP جزيئ 2و ينتج

F1,6 diP و مجموعتين فوسفات

Frucctose 1,6 bisphosphataseإنزيم •

و مجموعة فوسفات F6Pينتج

G6Pيتحول إلى جزيئ F6Pجزيئ •

مع F6Pبحفز إرتباط transketolase إنزيم •

G3P و ينتجErythereose 4P و

xyloulose 5P

Aldolaseبحفز إنزيم DHAPمع E4Pيتحد •

Pseudoheptulose 1,7و ينتج

bisphosphate الذي يتحول إلى

pseudoheptulose 7 P بواسطة حفز إنزيم

Pseudoheptulose 1,7

bisphosphatase

G3Pمع pseudoheptulose 7 Pيتحد •

xyloulose 5 Pو Ribose 5Pفيتكون

•Ribose 5 P يتحول إلي Ribulose 5 P

بواسطة إنزيم األيزوميريز

•Xylulose 5 P يتحول إلىRibulose 5P

بواسطة إنزيم إيبيميريز

Overall:

10 C3 6 C5

Enzymes: TI, Triosephosphate

Isomerase AL, Aldolase

FB, Fructose-1,6- bisphosphatase SB, Sedoheptulose- Bisphosphatase

TK, Transketolase EP, Epimerase IS, Isomerase PK, Phospho-

ribulokinase

TK

EP

PK

glyceraldehyde-3-P dihydroxyacetone-P

fructose-6-P

xyulose-5-P + erythrose-4-P

sedoheptulose-7-P

xylulose-5-P + ribose-5-P

(3) ribulose-5-P

(3) ribulose-1,5-bis-P

TI

TK

AL, FB

IS

AL, SB

Overall:

5 C3 3 C5

Enzymes: TI, Triosephosphate

Isomerase AL, Aldolase

FB, Fructose-1,6- bisphosphatase SB, Sedoheptulose- Bisphosphatase

TK, Transketolase EP, Epimerase IS, Isomerase PK, Phospho-

ribulokinase

TK

EP

PK

glyceraldehyde-3-P dihydroxyacetone-P

fructose-6-P

xyulose-5-P + erythrose-4-P

sedoheptulose-7-P

xylulose-5-P + ribose-5-P

(3) ribulose-5-P

(3) ribulose-1,5-bis-P

TI

TK

AL, FB

IS

AL, SB

The Calvin Cycle

:ملخص دورة كالفن

Inputs: 1. 6CO2

2. 12NADPH

3. 18ATP

Output: 1. Glucose

2. 12NADP+

3. 18 (ADP & Pi)

RuBp

Rubisco P G A

CO2

CO2

O2

Photorespiration – these CO2’s did not get

incorporated into glucose this time!

عند إنخفاض مستوى ثانى أكسيد الكربون أو فى حالة زيادة شدة

Rubulose 1,5يقوم بأكسدة Rubiscoاإلضاءة فإن إنزيم

bisphosphate فوسفات و جزيئين ثاني 3إلى جلسرالدهيد

أكسيد كربون

Photorespirationالتنفس الضوئي