Læringsmål
Ved slutten av denne delen vil du kunne:
Beskrive Calvin cycle
etter at energien fra solen er konvertert og pakket inn I ATP og NADPH, har cellen ikke noe å gjøre.Drivstoffet Som Trengs For Å Bygge mat i form Av Karbohydratmolekyler. Karbohydratmolekylene laget vil ha en ryggrad av karbonatomer. Hvor kommer karbonet fra? Karbonatomer som brukes til å bygge karbohydratmolekyler kommer fra karbondioksid, gassen som dyrene puster ut med hvert pust. Calvin-syklusen er begrepet som brukes til reaksjonene av fotosyntese som bruker energien lagret av de lysavhengige reaksjonene for å danne glukose og andre karbohydratmolekyler.
Interworkings Av Calvin Syklusen
Figur 1. Lysavhengige reaksjoner utnytter energi fra solen for å produsere ATP og NADPH. Disse energibærende molekylene beveger seg inn i stroma hvor Calvinsyklusreaksjonene finner sted.
i planter kommer karbondioksid (CO2) inn i kloroplasten gjennom stomata og diffunderer inn i kloroplastens stroma – Stedet For Calvin-syklusreaksjonene der sukker syntetiseres. Reaksjonene er oppkalt etter forskeren som oppdaget dem, og refererer til at reaksjonene fungerer som en syklus. Andre kaller Det Calvin-Benson-syklusen for å inkludere navnet på en annen forsker som er involvert i oppdagelsen (Figur 1).Calvin-syklusreaksjonene (Figur 2) kan organiseres i tre grunnleggende stadier: fiksering, reduksjon og regenerering. I stroma, i TILLEGG TIL CO2, er to andre kjemikalier tilstede for å starte Calvin-syklusen: et enzym forkortet RuBisCO og molekylet ribulose bisfosfat (RuBP). RuBP har fem atomer av karbon og en fosfatgruppe på hver ende.
RuBisCO katalyserer en reaksjon MELLOM CO2 Og RuBP, som danner en seks-karbonforbindelse som umiddelbart omdannes til to tre-karbonforbindelser. Denne prosessen kalles karbonfiksering, FORDI CO2 er «fast» fra sin uorganiske form til organiske molekyler.ATP og NADPH bruker sin lagrede energi til å konvertere tre-karbonforbindelsen, 3-PGA, til en annen tre-karbonforbindelse kalt G3P. denne typen reaksjon kalles en reduksjonsreaksjon, fordi den innebærer gevinst av elektroner. En reduksjon er gevinsten av et elektron av et atom eller molekyl. Molekylene AV ADP og NAD+, som følge av reduksjonsreaksjonen, går tilbake til de lysavhengige reaksjonene for å bli re-energisert.Et AV g3p-molekylene forlater Calvin-syklusen for å bidra til dannelsen av karbohydratmolekylet, som vanligvis er glukose (C6H12O6). Fordi karbohydratmolekylet har seks karbonatomer, tar det seks svinger Av Calvin-syklusen for å lage ett karbohydratmolekyl(ett for hvert karbondioksidmolekyl fast). DE resterende g3p-molekylene regenererer RuBP, noe som gjør at systemet kan forberede seg på karbonfikseringstrinnet. ATP brukes også i regenerering Av RuBP.
Figur 2. Calvin-syklusen har tre stadier. I fase 1 inkorporerer Enzymet RuBisCO karbondioksid i et organisk molekyl. I fase 2 reduseres det organiske molekylet. I trinn 3 regenereres RuBP, molekylet som starter syklusen, slik at syklusen kan fortsette.i sammendraget tar Det seks svinger Av Calvin-syklusen for å fikse seks karbonatomer FRA CO2. Disse seks svingene krever energiinngang fra 12 ATP-molekyler og 12 NADPH-molekyler i reduksjonstrinnet og 6 ATP-molekyler i regenereringstrinnet.
Konsept I Aksjon
Sjekk ut denne animasjonen Av Calvin-syklusen. Klikk Trinn 1, Trinn 2, Og Deretter Trinn 3 for Å se G3P og ATP regenerere for å danne RuBP.
Evolusjon i Aksjon
Fotosyntese
Figur 3. Å leve i ørkenens tøffe forhold har ført til at planter som denne kaktusen utvikler variasjoner i reaksjoner utenfor Calvin-syklusen. Disse variasjonene øker effektiviteten og bidrar til å spare vann og energi. (kreditt: Piotr Wojtkowski)
den delte evolusjonære historien til alle fotosyntetiske organismer er iøynefallende, da den grunnleggende prosessen har endret seg lite over tid. Selv mellom de gigantiske tropiske bladene i regnskogen og små cyanobakterier, forblir prosessen og komponentene i fotosyntese som bruker vann som elektrondonor stort sett det samme. Fotosystemer fungerer for å absorbere lys og bruke elektrontransportkjeder til å konvertere energi. Calvin-syklusreaksjonene samler karbohydratmolekyler med denne energien.
Men som med alle biokjemiske veier fører en rekke forhold til varierte tilpasninger som påvirker grunnmønsteret. Fotosyntese i tørrklima planter (Figur 3) har utviklet seg med tilpasninger som sparer vann. I den harde tørre varmen må hver dråpe vann og verdifull energi brukes til å overleve. To tilpasninger har utviklet seg i slike planter. I en form, en mer effektiv BRUK AV CO2 tillater planter å fotosyntetisere selv NÅR CO2 er mangelvare, som når stomata er stengt på varme dager. Den andre tilpasningen utfører foreløpige reaksjoner Av Calvin-syklusen om natten, fordi åpning av stomata på dette tidspunktet sparer vann på grunn av kjøligere temperaturer. I tillegg har denne tilpasningen tillatt planter å utføre lave nivåer av fotosyntese uten å åpne stomata i det hele tatt, en ekstrem mekanisme for å møte ekstremt tørre perioder.
Fotosyntese i Prokaryoter
de to delene av fotosyntese—de lysavhengige reaksjonene og Calvin—syklusen-har blitt beskrevet, da de finner sted i kloroplaster. Imidlertid mangler prokaryoter, som cyanobakterier, membranbundne organeller. Prokaryote fotosyntetiske autotrofe organismer har ifoldinger av plasmamembranen for klorofyllfeste og fotosyntese (Figur 4). Det er her at organismer som cyanobakterier kan utføre fotosyntese.
Figur 4. En fotosyntetisk prokaryot har ifolded regioner av plasmamembranen som fungerer som thylakoider. Selv om disse ikke finnes i en organell, for eksempel en kloroplast, er alle nødvendige komponenter til stede for å utføre fotosyntese. (kreditt: skala-bar data Fra Matt Russell)
Energisyklusen
Levende ting får tilgang til energi ved å bryte ned karbohydratmolekyler. Men hvis planter gjør karbohydratmolekyler, hvorfor skulle de trenge å bryte dem ned? Karbohydrater er lagringsmolekyler for energi i alle levende ting. Selv om energi kan lagres i molekyler som ATP, er karbohydrater mye mer stabile og effektive reservoarer for kjemisk energi. Fotosyntetiske organismer utfører også respirasjonsreaksjonene for å høste energien de har lagret i karbohydrater, for eksempel har planter mitokondrier i tillegg til kloroplaster.
Du har kanskje lagt merke til at den totale reaksjonen for fotosyntese:
6CO2+6H2O→C6H12O6+6O2
er motsatt av den totale reaksjonen for cellulær respirasjon:
6O2+C6H12O6→6CO2+6H2Ofotosyntese produserer oksygen som et biprodukt, og respirasjon produserer karbondioksid som et biprodukt.
i naturen er det ikke noe slikt som avfall. Hvert eneste atom av materie er bevart, resirkulering på ubestemt tid. Stoffer endrer form eller beveger seg fra en type molekyl til en annen, men forsvinner aldri (Figur 5).
figur 5. I karbonsyklusen deler reaksjonene av fotosyntese og cellulær respirasjon gjensidige reaktanter og produkter. CO2 ER ikke mer en form for avfall produsert av respirasjon enn oksygen er et avfallsprodukt av fotosyntese. Begge er biprodukter av reaksjoner som går videre til andre reaksjoner. Fotosyntese absorberer energi for å bygge karbohydrater i kloroplaster, og aerob cellulær respirasjon frigjør energi ved å bruke oksygen for å bryte ned karbohydrater i mitokondrier. Begge organeller bruker elektrontransportkjeder for å generere den energien som er nødvendig for å drive andre reaksjoner. Fotosyntese og cellulær respirasjon fungerer i en biologisk syklus, slik at organismer får tilgang til livsopprettholdende energi som kommer fra millioner av miles unna i en stjerne.
Seksjonssammendrag
Ved hjelp av energibærerne dannet i første fase av fotosyntese, løser Calvin-syklusreaksjonene CO2 FRA miljøet for å bygge karbohydratmolekyler. Et enzym, RuBisCO, katalyserer fikseringsreaksjonen, ved å kombinere CO2 med RuBP. Den resulterende seks-karbonforbindelsen brytes ned i to tre-karbonforbindelser, og energien I ATP og NADPH brukes til å konvertere disse molekylene TIL G3P. En AV de tre-karbonmolekylene I G3P forlater syklusen for å bli en del av et karbohydratmolekyl. DE resterende g3p-molekylene forblir i syklusen for å bli dannet tilbake I RuBP, som er klar til å reagere MED MER CO2. Fotosyntese danner en balansert energisyklus med prosessen med cellulær respirasjon. Planter er i stand til både fotosyntese og cellulær respirasjon, siden de inneholder både kloroplaster og mitokondrier.
Flere Selv Sjekke Spørsmål
1.Hvilken Del Av Calvin-syklusen ville bli påvirket hvis en celle ikke kunne produsere enzymet RuBisCO?
2. Forklare den gjensidige natur netto kjemiske reaksjoner for fotosyntese og respirasjon.
Svar
1. Ingen av syklusen kan finne sted, Fordi RuBisCO er viktig for å fikse karbondioksid. Spesielt katalyserer RuBisCO reaksjonen mellom karbondioksid og RuBP ved starten av syklusen.
2. Fotosyntese tar energien fra sollys og kombinerer vann og karbondioksid for å produsere sukker og oksygen som avfallsprodukt. Reaksjonene av respirasjon tar sukker og forbruker oksygen for å bryte det ned i karbondioksid og vann, frigjøre energi. Dermed er reaktantene av fotosyntese produkter av respirasjon, og omvendt.