Цикл Кальвина

Второй этап фотосинтеза известен как цикл Кальвина или светонезависимые реакции. Превращение углекислого газа в углеводы называется циклом Кальвина или циклом С3 и названо в честь Мелвина Кальвина, который его открыл. Растения, которые проходят цикл Кальвина по фиксации углерода, называются С3-растениями . Цикл Кальвина представляет собой последовательность реакций, происходящих в устьице хлоропластов растительной клетки. Химические реакции превращают углекислый газ в глюкозу с помощью АТФ и НАДФН. Эти реакции происходят в устьице, внутреннем пространстве или заполненной жидкостью области хлоропласта. В отличие от других световых реакций, это происходит вне мембран тилакоидов. Эти реакции также называются светонезависимыми реакциями, потому что они не управляются непосредственно светом. Значительную часть цикла Кальвина составляет катализатор рибулозо-1,5-бифосфаткарбоксилаза, иначе называемая RUBISCO . Он создает триплет элементов в цикле C3: 3-фосфоглицерат (3-PGA), глицеральдегид 3-P (GAP) и дигидроксиацетонфосфат или DHAP . Клетки растений производят органические молекулы, используя продукты световых реакций, таких как АТФ и НАДФН. Эти реакции берут АТФ и НАДФН и выполняют над ними дальнейшие химические процессы. Цикл Кальвина использует химическую энергию АТФ и снижает мощность НАДФН из реакций, зависящих от света, для производства трехуглеродных сахаров.

Цикл Кальвина определяется как серия химических реакций растений путем превращения или восстановления углекислого газа в глюкозу. Его также называют циклом С3 или иначе циклом Кальвина-Бенсона-Бэсшема (CBB). Цикл C3 намекает на темновую реакцию фотосинтеза. Он косвенно подвержен свету, а фундаментальные энергоносители являются результатом реакций, зависящих от света.

Важность

• Цикл Кальвина важен для выполнения растениями химических реакций по фиксации углерода из CO ₂ в трехуглеродные сахара.
• Впоследствии растения и существа могут трансформировать эти трехуглеродные соединения в аминокислоты, нуклеотиды и более сложные сахара, такие как крахмалы.
• Этот процесс фиксации углерода является средством, с помощью которого производится большинство новых природных веществ.
• Сахара, произведенные в цикле Кальвина, дополнительно используются растениями для получения энергии на большие расстояния, в отличие от АТФ, который быстро расходуется после его производства.
• Эти растительные сахара также могут стать источником энергии для существ, которые едят растения, и охотников, которые едят этих травоядных.
• Цикл Кальвина контролируется АТФ и НАДФН, которые производятся путем использования энергии фотонов в реакциях, зависящих от света.

Шаги или этапы цикла Кальвина

Цикл Кальвина состоит из трех основных стадий:

• Углеродная фиксация
• Сокращение и
• Регенерация.

Шаг 1

В начальной стадии цикла Кальвина включается молекула СО ₂ . Катализатор Rubisco (самый распространенный фермент на планете) катализирует карбоксилирование 5-углеродного соединения, называемого рибулозо-1,5-бисфосфатом (RuBP), с молекулой углекислого газа, состоящей из суммы 6 атомов углерода. Затем он разделяется на 2 молекулы 3-PGA (3-фосфоглицерат), 3-углеродного соединения.

Он включает двухстадийную реакцию:

1. Результатом начального этапа является ендиол-фермент, способный улавливать CO ₂ или O ₂ . Следовательно, ферментный комплекс ендиола является правильной карбоксилазой или оксигеназой.
2. CO ₂ , улавливаемый эндиолом на втором этапе, образует нестабильное шестиуглеродное соединение, называемое 2-карбокси-3-кето-1,5-бифосфориботолом, которое быстро распадается на 2 частицы 3-фосфоглицерата, трехуглеродного соединения.

Шаг 2

На следующем этапе цикла Кальвина молекулы 3-PGA, созданные путем фиксации углерода, превращаются в молекулы простого сахара — глицеральдегид-3-фосфата.

На этом этапе используется энергия АТФ и НАДФН, образующихся в результате светозависимых реакций фотосинтеза. Способ, которым растения преобразуют энергию солнечного света в молекулы длительного хранения, такие как сахара. Энергия АТФ и НАДФН передается сахарам.

• Фосфоглицераткиназа катализирует фосфорилирование 3-PGA под действием АТФ. 1,3-Бифосфоглицерат и АДФ являются элементами. Используются две АТФ.
• Глицеральдегид-3-фосфатдегидрогеназа катализирует восстановление 1,3BPGA с помощью NADPH. Образуется глицеральдегид-3-фосфат, и НАДФН превращается в НАДФ+. Используются два НАДФН.

Шаг 3

Это заключительный этап цикла Кальвина. Другой G3P следует повторно использовать для восстановления или регенерации пятиуглеродного соединения RuBP, которое используется для распознавания новых молекул углерода, когда некоторые молекулы глицеральдегида-3 фосфата идут на образование глюкозы. Процесс восстановления требует АТФ. Это сложный процесс, включающий множество этапов. Поскольку для производства глюкозы требуется шесть углеродных частиц, этот цикл следует повторять несколько раз, чтобы получить одну молекулу глюкозы.

Чтобы один G3P вышел из цикла, в цикл должны войти три молекулы CO ₂ , дающие три новых атома связанного углерода. В тот момент, когда три молекулы CO ₂ входят в цикл, образуются шесть молекул G3P. Один выходит из цикла и используется для получения глюкозы, а остальные пять должны быть повторно использованы для восстановления трех атомов акцептора RuBP.

6 НАДФН + 9 АТФ + _3СО2 + _5Н2О → Г3Ф + 2Н ⁺ + 6НАДФ ⁺ + 9АДФ + 8Pi

Регулировка каждого шага

На начальном этапе RuBisCO является основным ферментом, используемым во время фиксации углерода, и его ферментативное движение строго регулируется. Ферментативное движение RuBisCO контролируется различными факторами, включая частицы ионов, АТФ, АДФ, СО ₂ , восстановление, состояния окисления и фосфаты. Различные элементы, влияющие на действие RuBisCO, напрямую влияют на первую стадию цикла Кальвина.

На следующей стадии или этапе один из двух сформированных атомов G3P дополнительно полностью заменяется на дигидроксиацетонфосфат (DHAP), и каталитическая альдолаза используется для консолидации G3P и DHAP с образованием рамки фруктозо-1,6-бисфосфата. Фермент альдолаза обычно изображается как гликолитический катализатор, способный расщеплять фруктозо-1,6-бисфосфат на ДГАФ и Г3Ф.

Третий этап или фаза цикла Кальвина включает регенерацию RuBP. Эта конкретная стадия включает в себя развитие реакций, при которых для регуляции используются различные катализаторы или ферменты. Они есть:

1. Триофосфатизомераза превращает все молекулы глицеральдегид-3-фосфата в DHAP (дигидроксиацетонфосфат).
2. Фермент альдолаза и фруктозо-1,6-бисфосфат превращаются по сравнению с глицеральдегид-3-фосфатом (G3P) и дигидроксиацетонфосфатом в фруктозо-6-фосфат.
3. Фермент транскетолаза удаляет два атома углерода из фруктозо-6-фосфата с образованием эритрозо-4-фосфата (E4P).
4. Два удаленных атома углерода из фруктозо-6-фосфата добавляются к глицеральдегид-3-фосфату (G3P) для получения ксилулозо-5-фосфата (Xu5P).
5. Фермент альдолаза заменяет эритрозо-4-фосфат (E4P) и DHAP (дигидроксиацетонфосфат) на седогептулозо-1,7-бисфосфат.
6. Седогептулозо-1,7-бисфосфатаза разделяет седогептулозо-1,7-бисфосфат на седогептулозо-7-фосфат (S7P) путем удаления фосфатной группы.
7. Ферменты транскетолазы удаляют два атома углерода из S7P, и два атома углерода перемещаются в одну из молекул глицеральдегид-3-фосфата (G3P), создавая рибозо-5-фосфат (R5P) и другую ксилулозо-5-фосфат.
8. Фосфопентозоизомераза (или рибозо-5-фосфат, кодируемый геном RPIA) представляет собой фермент, который превращает рибозо-5-фосфат R5P в рибулозо-5-фосфат (Ru5P).
9. Фосфопентозоэпимераза (кодируемая геном RPE) катализирует или превращает ксилулозо-5-фосфат (Xu5P) в рибулозо-5-фосфат (Ru5P).
10. Фосфорибулокиназа (важный фермент фотосинтеза) катализирует фосфорилирование рибулозо-5-фосфата (Ru5P) в рибулозо-1,5-бисфосфат.

После того, как этот последний фермент произведет это изменение, цикл Кальвина считается завершенным. Последняя фаза цикла Кальвина считается наиболее сложной и регламентированной.

Функции

• Цикл Кальвина производит трехуглеродные сахара, которые также можно использовать для производства других сахаров, таких как глюкоза, крахмал и целлюлоза.
• Он используется растениями в качестве основного конструкционного материала.
• Цикл Кальвина удаляет частицы углерода непосредственно из воздуха и превращает их в растительные вещества.
• Цикл Кальвина лежит в основе существования большинства сред.
• Где растения составляют основу или основание энергетической пирамиды.
• Без цикла Кальвина растения не смогли бы хранить энергию в структуре, которую могли бы перерабатывать травоядные. Плотоядные таким образом не приблизились бы к энергии, заложенной в этом каркасе тела травоядных.
• Цикл Кальвина также контролирует уровень углекислого газа, вещества, наносящего ущерб озоновому слою, в климате Земли.
• Углерод, произведенный в цикле Кальвина, дополнительно используется растениями и существами для производства белков, нуклеиновых кислот, липидов и широкого спектра различных структурных форм жизни.

Товары

• Для производства сахара на каждом обороте фиксируется одна-единственная молекула углерода.
• Для создания одной молекулы G3P требуется три хода.
• Две молекулы G3P (глицеральдегид-3 фосфат) объединяются в одну молекулу глюкозы.
• Чтобы создать две молекулы глицеральдегид-3-фосфата, требуется шесть оборотов цикла Кальвина.
• Цикл Кальвина использует 3 АТФ и 2 НАДФН для восстановления 3-фосфоглицериновой кислоты (3-ФГК) для превращения Г3Ф (глицеральдегид-3-фосфат) и регенерации РБФ.
• Для производства одной молекулы глюкозы расходуется 18 АТФ и 12 НАДФН .

Часто задаваемые вопросы

Вопрос 1: Почему важна фиксация углерода?

Отвечать:

Living creatures need carbon for making different supplements in the body. Carbon frames the structure blocks for different supplements. The primary wellspring of getting carbon will be carbon dioxide. Heterotrophs, carnivores, and omnivores can’t take in carbon dioxide straightforwardly in the body. They need to rely upon different organic entities to get carbon in the natural structure. Just plants or different autotrophs can make low-energy inorganic carbon dioxide into high-energy natural molecules like glucose, cellulose, and starch. In this way, the obsession with carbon is significant which frames the most important phase in the Calvin cycle.

Вопрос 2: Какова цель цикла Кальвина?

Ответ :

The principal reason for the Calvin Cycle is to create three carbon sugars These sugars are utilized by plants for making different structures. In the Calvin cycle, carbon is straightforwardly taken from the air and is changed over completely to plant matter. Plants can store energy in the usable structure by herbivores with the assistance of the Calvin cycle. At last, the energy put away in herbivores is utilized via carnivores for their endurance.

Вопрос 3: Почему второй шаг называется редукцией в цикле Кальвина?

Отвечать:

This step is classified as a reduction on the grounds that NADPH gives electrons to the 3-phosphoglyceric acid molecules to make glyceraldehyde-3 phosphate. In science, the most common way of giving electrons is classified as reduction, while the most common way of taking electrons is called oxidation.

Вопрос 4: Какая польза от АТФ?

Отвечать:

Plants cell produce natural molecules utilizing the results of light responses like ATP and NADPH. ATP is utilized as the wellspring of energy driving the endergonic responses while the lessening force of NADPH is utilized as a source of hydrogen and electrons expected to tie them to carbon molecules.

Вопрос 5: Каково использование цикла Кальвина для людей?

Отвечать:

The Calvin cycle likewise controls the degrees of carbon dioxide, an ozone-harming substance, in the Earth’s air. Researchers are worried about the rising degree of carbon dioxide because of unnecessary excess burning of fossil fuels, consuming of petroleum products, and chopping down of trees by people that assist in diminishing carbon dioxide from the climate.

Вопрос 6: Что такое цикл C3?

Отвечать:

The Calvin or the C3 cycle is otherwise called the Calvin-Benson-Bassham (CBB) cycle and the Reductive pentose phosphate cycle. The C3 cycle is to some degree subject to light and uses ATP and NADPH delivered in the light responses to work the cycle. Recovered RuBP in the last stage aids more carbon fixation. The delivered sugars are utilized as energy stockpiling or storage units.

Вопрос 7: Почему цикл Кальвина полезен для животных и растений?

Отвечать:

The carbon framed in the Calvin cycle is additionally utilized by plants and creatures for making different supplements, for example, nucleic acids, proteins, lipids, and other vital supplements required forever. The Calvin cycle removes particles of carbon directly from the air and transforms them into plant matter. The Calvin cycle makes it imperative for the presence of most biological systems, where plants structure the foundation of the energy pyramid. Without the Calvin cycle, plants would not be able to store energy in a structure that herbivores could process. Carnivores would thusly not approach energy put away in that frame of the body of herbivores.