光合作用之C3植物的光呼吸作用

[概念]:

    光合作用分為光反應及暗反應,光反應主要的功能是吸收光能轉換為植物細胞可使用的化學能(ATP和NADPH)而碳反應主要功能有二;其一是將空氣中的CO2固定(意即將其轉化成某種非氣態化合物),以供植物細胞使用,其二是將此被轉化的CO2再轉變成植物可利用的能量(醣類)

(註:本偏重點著重於光呼吸及三種固碳方式的比較,對於光反應及暗反應則不詳述)

    影響光合作用的因素,包含了光照.溫度.水分及二氧化碳濃度,而這些因素也影響了保衛細胞上氣孔的開關.由於水分會經由氣孔散失到空氣中,但二氧化碳卻需要從氣孔進入植物細胞,因此,氣孔的開關對於光合作用有十分重要的影響.而環境中的濕度及氣溫,則直接影響了氣孔的開關,換句話說,環境的濕度及溫度會影響到植物光合作用的效率.

{C3 路徑 和 光呼吸作用}

    1. 狀況:環境中氣候乾燥 → 氣孔關閉(防止植物體內水分流失) 

                 → 使CO2濃度下降(環境中CO2無法進入植物中) 

                       O2濃度升高(水分解產生O2,無法釋放到空氣中)

                 →  02/CO2比極高

   2. 結果:植物開始進行光呼吸作用(photorespiration),降低光合作用效率

   3. 原因:催化C3循環的第一個反應(CO2+ RuBP → 2PGA)的酵素是Rubisco(RuBP  carboxylase),此酵素可與CO2和O2結合,但Rubisco和CO2的親和力遠大於O2,因此在O2濃度不高時,Rubisco是與CO2結合催化CO2+ RuBP → 2PGA這個反應,但由於上述狀況發生時,

02/CO2比極高,Rubisco改與O2結合,而發生光呼吸反應

C3 路徑的固碳方式和光呼吸作用

[一般C3循環第一個反應]:CO2+ RuBP → 2PGA

[光呼吸作用產生的第一個反應]:O2 + RuBP → PGA + phosphoglycolate

                                                         (磷酸乙醇酸)

      在光呼吸作用產生後, RuBP和O2結合產生 PGA 和 phosphoglycolate(磷酸乙醇酸),PGA進入卡爾文循環,而 phosphoglycolate則進入到過氧化體和粒線體中進行代謝,在此過程中將產生H2O和CO2,並消耗掉ATP,大大的減低了植物光合作用的效率

光呼吸作用產物的代謝過程

[光呼吸作用]:

     植物體內02/CO2比極高,使Rubisco催化RuBP和O2結合產生磷酸乙醇酸,而磷酸乙醇酸 經由過氧化體和粒線體代謝過程中,消耗掉ATP及釋放CO2,因為有CO2的釋放,和細胞

呼吸作用釋放出CO2相似,故稱之為光呼吸作用

光呼吸作用和細胞呼吸作用雖然都有CO2的釋放,但光呼吸作用是消耗ATP,而細胞呼吸作用是產生ATP,因此光呼吸作用越旺盛,對植物體越不利