If you're seeing this message, it means we're having trouble loading external resources on our website.

Ако си зад уеб филтър, моля, увери се, че домейните *. kastatic.org и *. kasandbox.org са разрешени.

Основно съдържание

Биологична библиотека

Курс: Биологична библиотека > Раздел 13

Урок 3: Цикълът на Калвин
Наука
Биологична библиотека
Фотосинтеза
Цикълът на Калвин
© 2023 Khan AcademyУсловия за ползванеДекларация за поверителностПолитика за Бисквитки

Цикълът на Калвин

Класна стая на Google
Как продуктите на светлинните реакции, АТФ и NADPH, се използват, за да се прикрепи въглерода към захарите във втория етап на фотосинтезата.

Въведение

Ти, както и всички организми на Земята, си форма на живот на въглеродна основа. С други думи, сложните молекули в изключителното ти тяло съдържат "гръбнак" от въглерод. Може би вече знаеш това, но изниквал ли е пред теб въпросът откъде идва целия този въглерод?
Оказва се, че атомите въглерод в тялото ти са били някога част от въглеродния диоксид (CO2) във въздуха. Въглеродните атоми се озовават в твоето и в телата на други форми на живот благодарение на втората фаза на фотосинтезата, наречена цикъл на Калвин (или тъмнинна фаза).

Преглед на цикъла на Калвин

В растенията въглеродният диоксид (CO2) навлиза в листата през пори, наречени устица, и се прехвърля в стромата на хлоропластите - мястото , където протичат реакциите от цикъла на Калвин, където се синтезират въглехидрати. Тези реакции са наречени още тъмнинна фаза, защото протичането им не се влияе директно от наличието на светлина.
В цикъла на Калвин въглеродните атоми от CO2 се включват в състава на органични молекули и се използват за построяването на захари с 3 въглеродни атома. Този процес изисква и използва АТФ и НАДФН от светлинната фаза. За разлика от светлинната фаза, която протича в тилакоидната мембрана на хлоропластите, цикълът на Калвин протича в стромата (вътрешното пространство на хлоропласта).
Тази илюстрация показва, че АТФ и НАДФH, получени в светлината фаза, се използват в цикъла на Калвин за синтез на захари.
Изображение на: "Цикълът на Калвин: Фигура 1," от Колеж ОупънСтакс, Концепции от биологията CC BY 4.0

Реакции от цикъла на Калвин

Цикълът на Калвин може да бъде разделен на три основни фази: фиксация на въглероден диоксид, редукция и възстановяване на първоначалната молекула.
Ето я основната диаграма на цикъла:
Диаграма на цикъла на Калвин, илюстрираща как при фиксирането на три молекули въглероден диоксид се получава една молекула Г3Ф (тоест една молекула Г3Ф напуска цикъла).
3 молекули CO2 се комбинират с три молекули на акцепторната молекула с пет въглерода (РуБФ), при което се получават три молекули нестабилно шествъглеродно съединение, което се разделя и се получават шест молекули от съединение с три въглеродни атома (3-PGA). Тази реакция се катализира от ензима рубиско.
През втория етап шест молекули АТФ и шест молекули НАДФН се използват за преобразуването на шест 3-PGA молекули в шест молекули захар с три въглеродни атома (Г3Ф). Тази реакция се смята за редукция, защото НАДФН трябва да дари своите електрони на тривъглеродно междинно съединение, за да се получи Г3Ф.
  1. Регенериране. Една молекула Г3Ф напуска цикъла и се придвижва към производството на глюкоза, докато пет молекули Г3Ф трябва да се преработят, за да се регенерира акцептора РуБФ. Регенерирането включва сложна поредица от реакции и изисква АТФ.
  1. Фиксация на въглерода. Една молекула CO2 се комбинира с една петвъглеродна акцепторна молекула, рибулоза-1,5-бифосфат (RuBP). В тази стъпка се получава едно шествъглеродно съединение, което се разделя на две молекули с по тривъглеродни атома – 3-фосфоглицеринова киселина (3-PGA). Тази реакция се катализира от ензима RuBP карбоксилаза/оксигеназа, или Рубиско.
  2. Редукция. Във втория етап АТФ и НАДФН се използват за преобразуване на 3-PGA молекулите в молекули на една тривъглеродна захар, глицералдехид-3-фосфат (G3P). Този етап получава името си, понеже НАДФН отдава електрони на, или редуцира, един тривъглероден посредник, за да се получи G3P.
  3. Възстановяване. От някои молекули глицералдехид-3-фосфат се получава глюкоза, а други се използват за възстановяване на рибулозо-1,5-дифосфата. Възстановяването изисква АТФ и включва сложна система от реакции, които моят професор по биология обича да нарича "въглеводороден бъркоч". 1
За да излезе една молекула Г3Ф от цикъла (и да продължи към синтезата на глюкозата), три молекули CO2 трябва да навлязат в цикъла, за да осигурят три нови въглеродни атома. Когато три молекули влязат в цикъла, се синтезират 6 молекули Г3Ф. Една от тях излиза от цикъла и служи за синтез на глюкоза, а другите 5 възстановяват трите молекули рибулозо-1,5-дифосфат.

Обобщение на реагентите и продуктите на цикъла на Калвин

Нужни са три завъртания на цикъла на Калвин, за да се получи една молекула глицералдехид-3-фосфат, която да излезе от цикъла и от която да се синтезира глюкоза. Нека обобщим количеството молекули на веществата, които влизат и напускат цикъла на Калвин. За три завъртания:
  • Въглерод. 3 CO2 се комбинират с 3 РуБФ акцептора, произвеждайки 6 молекули глицералдехид-3-фосфат (Г3Ф).
    • 1 молекула Г3Ф излиза от цикъла и отива за синтез на глюкоза.
    • 5 молекули Г3Ф са преработени, регенерирайки 3 РуБФ акцептор молекули.
  • АТФ. 9 АТФ са преобразувани в 9 АДФ (6 по време на стъпката на фиксация, 3 по време на стъпката на регенериране).
  • НАДФН. 6 молекули НАДФН се преобразуват в 6 молекули НАДФ+ (по време на редукционната стъпка).
Една молекула G3P съдържа три фиксирани въглеродни атома, така че са нужни две молекули G3P, за да се изгради една шествъглеродна молекула глюкоза. Ще са нужни шест завъртания на цикъла, или 6 CO2, 18 АТФ и 12 НАДФН, за да се произведе една молекула глюкоза.

Искаш ли да се присъединиш към разговора?

Вписване в профила
Все още няма публикации.
Разбираш ли английски? Натисни тук, за да видиш още дискусии в английския сайт на Кан Академия.