Цикл кальвина это кратко
Обновлено: 05.07.2024
Как мы уже знаем, жизнь, как мы ее знаем, основана на углероде. Этот химический элемент, благодаря своим свойствам, составляет скелет каждой из органических молекул, из которых в конечном итоге образуются живые существа, от бактерий до людей. Углерод - основа жизни.
Но задумывались ли вы, откуда берется углерод, из которого состоит ваше тело? Благодаря тому факту, что у растений есть невероятный метаболический путь, известный как цикл Кальвина, углерод, который находится в атмосфере в форме CO2, может присоединяться (включаться) к органическим молекулам, давая начало сахару.
Таким образом, цикл Кальвина позволяет углероду совершить скачок от чистой химии к биологии. И дело в том, что когда растения присоединяют углерод к органическим молекулам, этот углерод проходит по пищевой цепи, пока не достигает нас, давая нам цемент, из которого состоят все наши органы и ткани.
В сегодняшней статье мы поговорим о цикле Кальвина, проанализировав особенности этого метаболического пути., его связь с фотосинтезом и его основные цели и задачи.
Каковы два этапа фотосинтеза?
Фотосинтез - это химический процесс, уникальный для организмов хлорофилла, в котором свет используется для преобразования его в химическую энергию, а атмосферный углерод улавливается в форме CO2, чтобы включить его в молекулы органического вещества, таким образом образуя сахара, которые продвигаются в цепочке питания.
Фотосинтез - самая важная химическая реакция в мире с точки зрения массы, которую он перемещает. Фактически, по оценкам, каждый год через него фиксируется более 200000000000 тонн углерода, то есть совершается скачок от неорганического вещества к органическому, который пройдет через все живые существа.
Гетеротрофные организмы потребляют органическое вещество и расщепляют его для получения энергии, образуя неорганическое вещество (CO2, который мы выдыхаем) в качестве побочного продукта. Растения и другие фотосинтезирующие организмы, такие как водоросли и цианобактерии, выполняют невероятно важную функцию по возвращению всего этого неорганического углерода в его органическую форму.
1. Очистить или фотохимический этап
Чистая или фотохимическая стадия - это первая фаза фотосинтеза. Его основная функция - получение энергии в виде АТФ через солнечное излучение, то есть свет., некоторые молекулы, которые составляют основное топливо наших клеток. Фактически, все метаболические пути получения энергии приводят к получению этих молекул.
Как бы то ни было, этот этап фотосинтеза зависит от света и происходит в тилакоидах хлоропластов фототрофных клеток, будь то растения, водоросли или цианобактерии. Эти хлоропласты содержат хлорофилл, зеленый пигмент, который при контакте с солнечным излучением возбуждается.
Под возбуждением мы понимаем, что электроны в его внешних оболочках высвобождаются и переносятся молекулами, которые составляют так называемую цепь переноса электронов. Не вдаваясь в подробности, важно отметить, что этот комплекс ячеек позволяет электронам перемещаться (как если бы это было электричество) по такой цепочке.
Когда это достигается, в результате химической реакции, в которой вода играет важную роль, синтезируется долгожданный АТФ. В это время в теле есть энергия. Но это топливо бесполезно без двигателя, который в данном случае способен преобразовывать одни неорганические молекулы в другие органические. Это достигается с помощью следующей фазы, которая является самим циклом Кальвина.
2. Темная стадия или цикл Кальвина
Темная стадия или цикл Кальвина - это фаза фотосинтеза, независимая от света, то есть фототрофные организмы способны проводить ее (и, собственно, именно так обычно и делают) в темных условиях, поскольку они уже получили энергию они нуждаются в свете и больше не нуждаются в нем.
Цикл Кальвина проходит внутри стромы., внутренние полости хлоропластов отличаются от полостей, в которых происходит чистая или фотохимическая стадия. Как бы то ни было, важно то, что именно в этой фазе достигается превращение неорганического вещества в органическое, протекающее по трофическим цепям, очевидно также достигающее нас.
Все наши ткани и органы сделаны из углерода. И весь этот углерод в какой-то момент был газом в форме CO2, который растения и другие фотосинтезирующие организмы могли улавливать и преобразовывать в сахара, которые образовывали сложные органические молекулы.
Но переход от молекулы CO2 к сложному сахару требует энергии. Именно поэтому растения фотосинтезируют: чтобы получить топливо, которое питает цикл Кальвина, давая ему АТФ, который он может потреблять для синтеза органического вещества.
Теперь, когда мы поняли, что такое фотосинтез, какую роль в нем играет цикл Кальвина и как он связан с энергией и материей, мы можем перейти к его более подробному анализу.
Что такое цикл Кальвина?
Цикл Кальвина - это анаболический тип метаболического пути, в котором, начиная с молекул CO2 в атмосфере, достигается синтез глюкозы, то есть органического вещества в виде сложных сахаров, которые могут попадать в пищевую цепь.
То, что это метаболический путь, означает, что это биохимическая реакция, которая происходит внутри клеток (в частности, в стромах хлоропластов) и в которой от исходного метаболита (в данном случае CO2) и через действие молекул, которые направляя и катализируя процесс, известный как ферменты, образуются различные промежуточные метаболиты до достижения конечного, которым в данном случае является глюкоза.
А анаболизм означает, что конечный метаболит (глюкоза) более сложен по структуре, чем исходный метаболит (CO2), поэтому каждое преобразование требует, чтобы ферменты потребляли энергию для функционирования. Другими словами, цикл Кальвина - это метаболический путь, по которому вы должны расходовать топливо на синтез сложных органических молекул, которыми в данном случае являются сахара.
Цикл Кальвина состоит из различных биохимических реакций с множеством промежуточных метаболитов и различных ферментов, действующих на них. Каждому ферменту для перехода от одного метаболита А к другому метаболиту В необходима клетка, чтобы дать ему энергию в виде АТФ, молекул энергии, которые были получены в первой фазе фотосинтеза.
В итоге, цикл Кальвина - это метаболический путь, при котором атмосферный CO2 улавливается растением и составляющими его углеродами. Они соединяются с разными молекулами и претерпевают различные химические изменения, пока не дадут начало сложному органическому веществу, которое может быть ассимилировано другими живыми существами в форме глюкозы.
Краткое содержание цикла Кальвина
Цикл Кальвина, как и остальные метаболические пути, представляет собой очень сложное биохимическое явление, поскольку в него вступает множество различных метаболитов и ферментов. Однако, поскольку цель этой статьи не состоит в том, чтобы преподавать урок биохимии, мы рассмотрим цикл Кальвина в обобщенном и легко понятном виде.
Давайте рассмотрим цель цикла Кальвина: получить молекулу глюкозы. И химическая формула этой глюкозы - C6H12O6. То есть сколько атомов углерода в молекуле глюкозы? Шесть. Следовательно, учитывая, что все атомы углерода должны происходить из углекислого газа и что молекула СО2 имеет только один атом углерода, сколько молекул СО2 нам понадобится вначале? Точно. Шесть.
Таким образом, цикл Кальвина начинается, когда растение (или другой фотосинтезирующий организм) фиксирует 6 молекул углекислого газа, то есть захватывает их из атмосферы. Первый этап цикла Кальвина также является наиболее важным, поскольку это момент, когда каждый из этих атомов включается в органическое вещество, уже имеющееся у растения, то есть атом присоединяется к молекуле организма. углерода, который поступает из CO2.
На этом этапе вы вступаете во вторую стадию цикла Кальвина: редукцию. На этой фазе происходят различные превращения, опосредованные разными ферментами, но важно помнить, что именно здесь начинает потребляться АТФ, давая структурно все более и более сложные молекулы, пока не появится более известный глицеральдегид - 3-фосфат получается как G3P.
Но остальные пять молекул G3P вступают в третью стадию цикла Кальвина, известную как регенерация. На этой заключительной фазе, как следует из названия, оставшиеся пять молекул G3P проходят серию преобразований, в которых энергия все еще расходуется на регенерацию молекул рибулозо-1,5-бисфосфата, молекула которой, как мы видели в начале, СО2 был объединен в фиксацию. Таким образом цикл замкнут.
Восстановительный пентозофосфатный цикл, или цикл Кальвина, — серия биохимических реакций, осуществляемая при фотосинтезерастениями (в стромехлоропластов), цианобактериями, прохлорофитами и пурпурными бактериями, а также многими бактериями-хемосинтетиками, является наиболее распространённым из механизмов автотрофной фиксации CO2.
Цикл Кальвина назван в честь американского биохимика Мелвина Кальвина (1911—1997). Часто используются альтернативные названия, указывающие на роль коллег Кальвина в открытии данного биохимического пути (например: цикл Кальвина-Бенсона или цикл Кальвина-Бенсона-Бассама).
Стадии
В цикл вовлекаются АТФ и НАДФ·Н, образованные в ЭТЦ фотосинтеза, углекислый газ и вода; основным продуктом является глицеральдегид-3-фосфат.
Поскольку АТФ и НАДФ·Н могут образовываться в разных метаболических путях, цикл не следует рассматривать строго привязанным к световой фазе фотосинтеза.
Общий баланс реакций цикла можно представить уравнением:
3 CO2 + 6 НАДФ·Н + 5 H2O + 9 АТФ → C3H7O3-PO3 + 3 H+ + 6 НАДФ+ + 9 АДФ + 8 Фн + 3 H2O
Две молекулы глицеральдегид-3-фосфата используются для синтеза глюкозы.
Цикл состоит из трёх стадий: на первой под действием ферментарибулозобисфосфат-карбоксилаза/оксигеназа происходит присоединение CO2 к рибулозо-1,5-дифосфату и расщепление полученной гексозы на две молекулы 3-фосфоглицериновой кислоты (3-ФГК). На второй 3-ФГК восстанавливается до глицеральдегид-3-фосфата (фосфоглицеральдегида, ФГА), часть молекул которого выходит из цикла для синтеза глюкозы, а другая часть используется в третьей стадии для регенерации рибулозо-1,5-дифосфата.
Карбоксилирование
Карбоксилированиерибулозо-1,5-бисфосфата (5-углеродное соединение) осуществляется РиБисКО в несколько стадий.
На первой кетонная группа рибулозы восстанавливается до спиртовой, между 2 и 3 атомами углерода устанавливается двойная связь. Полученное соединение нестабильно и именно оно карбоксилируется с образованием 2-карбокси-3-кето-D-арабитол-1,5-бисфосфата. Его структурный аналог 2-карбокси-D-арабитол-1,5-бисфосфат ингибирует весь процесс.
Новое, уже 6-углеродное соединение, также нестабильно и распадается на две молекулы 3-фосфоглицериновой кислоты (3-фосфоглицерат, 3-ФГК).
Восстановление
Восстановление 3-фосфоглицериновой кислоты (3-ФГК) происходит в две реакции.
Сначала каждая 3-ФГК с помощью 3-фосфоглицераткиназы и с затратой одной АТФ фосфорилируется, образуя 1,3-бисфосфоглицериновую кислоту (1,3-бисфосфоглицерат).
Затем под действием глицеральдегид-1,3-фосфатдегидрогеназы бисфосфоглицериновая кислота восстанавливается НАД(Ф)·H (у растений и цианобактерий; у пурпурных и зелёных бактерий восстановителем является НАД·H) параллельно с отщеплением одного остатка фосфорной кислоты.
Образуется глицеральдегид-3-фосфат (фосфоглицеральдегид, ФГА, триозофосфат). Обе реакции обратимы.
Регенерация
На последней стадии 5 молекул глицеральдегид-3-фосфатов превращаются в три молекулы рибулозо-1,5-бисфосфата.
Вначале под действием трифосфат-изомеразы глицеральдегид-3-фосфат изомеризуется в дигидроксиацетон-фосфат. Фруктозабисфосфат-альдолаза объединяет их во фруктозо-6-фосфат с отщеплением остатка фосфорной кислоты.
Затем следует ряд реакций перестройки углеродных скелетов и образуется рибулозо-5-фосфат. Он фосфорилируется фосфорибулокиназой и рибулозо-1,5-бисфосфат регенерирует.[источник не указан 2801 день]
Открытие
С 1940-х гг. Мелвин Кальвин работал над проблемой фотосинтеза; к 1957 с помощью CO2, меченного по углероду, выяснил химизм усвоения растениями CO2 (восстановительный карбоновый цикл Кальвина) при фотосинтезе. Нобелевская премия по химии (1961).
Схема цикла.
Чёрные кружки — атомы углерода, красные — кислорода, фиолетовые — фосфора, маленькие чёрные окружности — атомы водорода
За световой фазой следует темновая фаза фотосинтеза, во время которой происходит синтез моносахаридов (глюкозы) из углекислого газа с затратой энергии АТФ и восстановительных эквивалентов (НАДФН). Синтез глюкозы является результатом целого ряда последовательных ферментативных реакций, которые назвали циклом Кальвина.
Началом синтеза глюкозы является присоединение молекулы углекислого газа к молекуле пятиуглеродного сахара – рибулозо-1,5-бисфосфата.
При этом образуется шестиуглеродная молекула, которая сразу же распадается на две молекулы трехуглеродной фосфоглицериновой кислоты, которая восстанавливается до трехуглеродных сахаров с затратой АТФ и НАДФН. В результате их дальнейших перестроек и конденсаций образуются рибулозомонофосфат и глюкоза — конечный продукт фотосинтеза. Рибулозомонофосфат фосфорилируется АТФ до рибулозобисфостата, который вновь вступает в цикл Кальвина.
На образование одной молекулы глюкозызатрачивается 18 молекул АТФ и 12 молекул НАДФН, накопленных в процессе световой фазы фотосинтеза.
Какие основные процессы происходят в темновую фазу фотосинтеза?
Следовательно, для темновой фазы фотосинтеза можно представить следующее общее уравнение:
6СО2 + 12НАДФН + 12Н+ + 18АТФ —> С6Н12О6 + 6Н2О + 12НАДФ+ + 18АДФ + 18Фн
Даже если учесть частичные потери энергии на различных стадиях темновой фазы, общий КПД фотосинтеза остается очень высоким и составляет приблизительно 60%.
У некоторых растений (например, сахарного тростника или кукурузы) процесс фотосинтеза идет вначале не через трехуглеродные, а через четырехуглеродные соединения.
Эти растения называются С4-растениями. В отличие от С3-растений им характерен быстрый рост и высокая эффективность фотосинтеза, который протекает даже при очень низких концентрациях углекислого газа. В этом случае углекислый газ присоединяется не к рибулозобисфосфату, а к одному из промежуточных продуктов гликолиза – фосфоенолпирувату.
В результате образуются четырехуглеродные яблочная или аспарагиновая кислоты, которые диффундируют в клетки обкладки сосудистых пучков, где от них отщепляется СО2, вступая в цикл Кальвина.
В этих клетках слабо выражено фотодыхание, связанное с окислением рибулозобисфосфата кислородом, поэтому энергозатраты на фотосинтез резко снижаются (на 50%).
В последние годы благодаря необычайно высокой биологической продуктивности С4-растения привлекают внимание ученых как потенциальный источник органического сырья.
Темновая фаза фотосинтеза
Темновая фаза фотосинтеза – это комплекс ферментативных реакций, во время которой происходит восстановление поглощенного углекислого газа за счет продуктов световой фазы (АТФ и НАДФН). Различают несколько циклов восстановления СО2.
Цикл Кальвина.
Этот способ ассимиляции СО2 является основным и присущ всем растениям. Он был расшифрован американскими учеными во главе с М. Кальвином. В 1961 году М. Кальвину за установление последовательности реакций в этом цикле и была присуждена Нобелевская премия.
Этот цикл начинается с присоединения СО2 к акцептору – пятиуглеродному сахару рибулозо-1,5-дифосфату (РДФ).
Присоединение СО2 к тому или ионному веществу называется карбоксилированием, а фермент катализирующий такую реакцию – карбоксилазой.
В данной реакции карбоксилирование происходит с участием фермента рибулозодифосфаткарбоксилазы (РДФ-карбоксилаза).
Это самый распространенный в мире фермент.
Продукт реакции, содержащий 6 атомов углерода, в присутствии воды сразу распадается на две молекулы 3-фосфоглицириновой кислоты (3-ФГК):
С данной реакции и начинается цикл Кальвина.
ФГК и является, по современным взглядам, первичным продуктом ассимиляции углерода.
Для дальнейших превращений ФГК необходимы вещества световой фазы фотосинтеза: АТФ и НАДФН. Сначала 3-ФГК фосфорилируется при участии АТФ и образуется 1,3-дифосфоглицириновая кислота. Реакция катализируется ферментом фосфоглицераткиназой:
Затем происходит восстановление за счет НАДФН и образуется фосфоглицириновый альдегид ФГА:
Суммарный результат второй стадии: восстановление карбоксильной группы кислоты (–СООН) до альдегидной (–СНО).
Процесс превращения катализируется дегидрогеназой фосфоглициринового альдегида.
Дальнейшее превращение фосфоглициринового альдегида может происходить 4 путями.
ФГА частично с помощью триозофосфатизомеразы превращается в фосфодиоксиацетон (ФДА):
Это первый путь превращения ФГА.
Таким образом, в клетку поступают две найпростейшие формы сахаров: альдоза (ФГА) и кетоза (ФДА).
Это трехуглеродные сахара (триозосахара) с присоединенной к ним фосфатной группой содержат больше химической энергии, чем ФГК. Это первые углеводы, которые образуются при фотосинтезе.
С помощью альдолазы фосфодиоксиацетон (ФДА) соединяется с другой молекулой ФГА и образуется молекула фруктозо-1,6-дифосфата (ФДФ).
Это второй путь превращения ФГА.
Фруктозо-1,6-дифосфат дефосфорилируется и превращается во фруктозо-6-фосфат (Ф-6-Ф), что сопровождается накоплением в среде неорганического фосфата.
Фруктозо-6-фосфат в дальнейшем может выйти из цикла и использоваться для синтеза запасных форм углеводов: сахарозы, крахмала, других полисахаридов.
Однако ФГА (третий путь) может реагировать с эквимолярным количеством Ф-6-Ф, в результате образуются равные количества ксилулозо-5-фосфата и эритрозо-4-фосфата (транскетолаза).
Затем эритрозо-4-фосфат реагирует с равным количеством ФДА и образуется седагептулозо-1,7-дифосфат (альдолаза), которая фосфорилируется до седагептулозо-7-фосфата с участием седагептулозодифосфатазы.
Четвертый путь превращения ФГА связан с его реакцией с седагептулозо-7-фосфатом с образованием равных (эквимолярных) количеств рибозо-5-фосфата и ксилулозо-5-фосфата. Ксилулозо-5-фосфат эпимиризуется, а рибозо-5-фосфат изомерезуется до рибулозо-5-фосфата, последняя фосфорилируется за счет АТФ и образуется рибулозо-1,5-дифосфат – первичное соединение цикла Кальвина (акцептор СО2).
В этих реакциях тратится еще три молекулы АТФ.
Из приведенных реакций цикла Кальвина видно, что фотосинтез, являясь процессом запасания энергии, тем не менее, для своего существования требует затраты энергии.
В цикле Кальвина образование фруктозо-6-фосфата можно представить в виде следующего суммарного выражения:
6СО2 + 12НАДФН + 12Н+ + 18АТФ + 11Н2О →
фруктозо-6-фосфат + 12НАДФ+ + 18АДФ + 17Фн
18 молекул АТФ запасают около 140 ккал и 12 НАДФН – ~ 615 ккал.
Следовательно, поглощено около 755 ккал энергии. При этом в гексозах запасается около 670 ккал/моль. При таком балансе КПД составляет около 90 %. ~ 10 % энергии растрачивается на поддержание цикла.
АТФ и НАДФН, которые образуются в световой стадии и используются на восстановление СО2, получили название ассимиляционной силы.
Цикл Кальвина подразделяют на три фазы:
– карбоксилирующую РДФ + СО2 → 2ФГК;
– восстановительную ФГК → ФГА;
– регинирующую ФГА → РДФ.
Каждая шестая молекула ФГА выходит из цикла и используется на синтез сахарозы или полисахаров, тогда как остальные 5 молекул через приведенные выше промежуточные реакции преобразуются в три молекулы рибулозо-1,5-дифосфата.
Так как первичный продукт цикла Кальвина – ФГК – содержит три атома углерода, то этот цикл получил название С3-цикла ассимиляции СО2. Упрощенную схему цикла можно представить в виде (рис.2.18):
Рис. 2.18. Упрощенная схема цикла Кальвина
Последовательность реакций на пути преобразования СО2 в сахар удалось выявить благодаря использованию радиоактивного углерода 14С и хромотографии на бумаге.
Описанный цикл восстановления СО2 до сахаров локализован в хлоропластах, так же как и биосинтез крахмала из образованных в них гексозофосфатов.
Скорость цикла Кальвина зависит не только от количества образованных в световой стадии АТФ и НАДФН, но и от их соотношений.
Только соотношение 3АТФ и 2НАДФН обеспечивает активное восстановление углерода и запасание энергии.
Когда степень сопряжения работы ЭТЦ фотосинтеза с фотофосфорилированием мала, тогда интенсивность фотосинтеза, в первую очередь, может снизиться за счет уменьшения количества рибулозо-1,5-дифосфата, так как в этом случае будет лимитироваться фосфорилирование рибулоза-5-фосфата.
Кроме этого, в цикле при недостатке АТФ и НАДФН уменьшается возможность восстановления ФГК до триоз и поэтому одновременно со снижением интенсивности фотосинтеза среди ассимилятов (продуктов фотосинтеза) клетки увеличивается часть неуглеродных соединений.
Такое явление характерно, например, для растений, выращенных при слабом освещении.
Способ ассимиляции CO2 в углеводы, присущий всем растениям, был расшифрован только в середине XX века американским биохимиком Мелвином Кальвином и его сотрудниками. Их работа привела к расшифровке всех последующих реакций, следующих друг за другом реакций C3-пути фотосинтеза, который получил название цикла Кальвина.
Цикл Кальвина состоит из трёх этапов: карбоксилирования, восстановления и превращения.
- На первом этапе (карбоксилирование) фиксация углерода идет с участием ферментов и АТФ, полученной от световой фазы, при этом образуются молекулы 3-фосфоглицериновой кислоты (3-ФГК).
- На втором этапе (восстановление) помимо АТФ используется и НАДФ•Н. Здесь в ходе реакций 3-ФГК восстанавливается до 3-фосфоглицеринового альдегида (3-ФГА), часть молекул которого может синтезироваться в глюкозу.
Позже растения и животные могут превратить эти трехуглеродные соединения в аминокислоты, нуклеотиды и более сложные сахара, такие как крахмалы.
Эти растение Сахар также может стать источником энергии для животных, которые едят растения, и хищников, которые едят этих травоядных.
Функция цикла Кальвина
Функция цикла Кальвина заключается в создании трехуглеродных сахаров, которые затем могут быть использованы для создания других сахаров, таких как глюкоза, крахмал и целлюлоза, которые используются растениями в качестве строительного строительного материала. Цикл Кальвина выводит молекулы углерода прямо из воздуха и превращает их в растительное вещество.
Это делает цикл Кальвина жизненно важным для существования большинства экосистем, где растения образуют основу энергетическая пирамида, Без цикла Кальвина растения не смогут накапливать энергию в форме, которую могут переваривать травоядные. Хищники впоследствии не будут иметь доступа к энергии, хранящейся в телах травоядных!
Углеродные магистрали, созданные в цикле Кальвина, также используются растениями и животными для производства белков, нуклеиновых кислот, липидов и всех других строительных блоков жизни.
Цикл Кальвина также регулирует уровень углекислого газа, парникового газа, в атмосфере Земли. Ученые выразили обеспокоенность, потому что, помимо сжигания угля, нефти и бензина в огромных количествах CO2, люди также вырубили около половины всех лесов Земли, которые играют важную роль в удалении CO2 из воздуха. ,
Мы обсудим, как цикл Кальвина создает простые сахара из CO2 ниже.
Calvin Cycle Steps
Фиксация углерода
В углеродной фиксации, CO2молекула из атмосферы соединяется с акцепторной молекулой из пяти атомов углерода под названием рибулозо-1,5-бисфосфат (RuBP).
Полученное шестиуглеродное соединение затем разделяется на две молекулы трехуглеродного соединения, 3-фосфоглицериновой кислоты (3-PGA).
Эта реакция катализируется ферментом RuBP карбоксилаза / оксигеназой, также известным как RuBisCO. Из-за ключевой роли, которую он играет в фотосинтезе, RuBisCo, вероятно, является наиболее распространенным ферментом на Земле.
снижение
На второй стадии цикла Кальвина молекулы 3-PGA, созданные посредством углеродной фиксации, превращаются в молекулы простого сахара – глицеральдегид-3-фосфата (G3P).
Эта стадия использует энергию от АТФ и НАДФН, созданных в светозависимых реакциях фотосинтеза. Таким образом, цикл Кальвина становится способом, которым растения преобразуют энергию солнечного света в молекулы длительного хранения, такие как сахара. Энергия от АТФ и НАДФН передается сахарам.
перерождение
Некоторые молекулы глицеральдегид-3-фосфата идут на образование глюкозы, в то время как другие должны быть переработаны для регенерации пятиуглеродного соединения RuBP, которое используется для приема новых молекул углерода.
Процесс регенерации требует АТФ. Это сложный процесс, включающий много шагов.
Поскольку для получения глюкозы требуется шесть молекул углерода, этот цикл необходимо повторить шесть раз, чтобы получить одну молекулу глюкозы.
Чтобы выполнить это уравнение, пять из шести молекул глицеральдегид-3 фосфата, которые создаются в цикле Кельвина, регенерируются с образованием молекул RuBP. Шестой выходит из цикла, чтобы стать половиной молекулы глюкозы.
Calvin Cycle Diagram
Calvin Cycle Products
Чтобы создать одну молекулу глицеральдегид-3-фосфата, требуется три оборота цикла Кальвина.
После шести оборотов цикла Кальвина две молекулы глицеральдегид-3-фосфата могут быть объединены в молекулу глюкозы.
Каждый оборот цикла Кальвина также использует 3 АТФ и 2 НАДФН в процессах восстановления (добавления электронов) 3-фосфоглицериновой кислоты с образованием глицеральдегид-3-фосфата и регенерации RuBP, чтобы они могли принимать новый атом углерода из CO2 с воздуха.
Это означает, что для производства одной молекулы глюкозы потребляется 18 АТФ и 12 НАДФН.
- хлоропластов – органеллы в растительных клетках, где энергия солнечного света превращается в АТФ и сахар.
- Энергетическая пирамида – Диаграмма, которая иллюстрирует поток энергии через экосистема,
- фотосинтез – Процесс, с помощью которого живые существа захватывают энергию солнечного света и используют ее для производства топлива и органических материалов для создания своих клеток.
викторина
1. Почему цикл Кальвина важен для большинства экосистем?A. Он превращает углекислый газ из воздуха в углерод, который живые существа могут использовать для производства сахаров, белков, нуклеотидов и липидов.B. Он накапливает энергию солнечного света в форме длительного хранения сахара, который может использоваться растениями или съедаться животными для формирования основы пищевой цепи.C. Это удаляет углекислый газ, который является парниковым газом, из воздуха.D. Все вышеперечисленное.
Ответ на вопрос № 1
D верно. Все вышеперечисленное является причиной важности цикла Кальвина!
Ответ на вопрос № 2
3. Каков источник АТФ и НАДФН, используемых в цикле Кальвина?A. Аэробного дыхания происходит в митохондрии,B. Энергия, получаемая от солнечного света в хлоропластах.C. Энергия собирается из летучих химических веществ, таких как железо, водород или аммиак.D. Ни один из вышеперечисленных.
Ответ на вопрос № 3
В верно. Цикл Кальвина питается энергией, получаемой от солнечного света в хлоропластах. Цикл выполняется фотосинтезирующими растениями: аэробного дыхания а также хемосинтез, описанные в других ответах, используются другими типами форм жизни.
Читайте также: