Calvin Cycle Definition
Цикл Кальвина – это цикл химических реакций, выполняемых растениями для «фиксации» углерода из CO2 в трехуглеродные сахара.
Позже растения и животные могут превратить эти трехуглеродные соединения в аминокислоты, нуклеотиды и более сложные сахара, такие как крахмалы.
Этот процесс «углеродной фиксации» – это то, как создается большинство новых органических веществ. Сахара, созданные в цикле Кельвина, также используются растениями для длительного хранения энергии, в отличие от АТФ, который быстро расходуется после его создания.
Эти растение Сахар также может стать источником энергии для животных, которые едят растения, и хищников, которые едят этих травоядных.
Цикл Кальвина также иногда называют «независимыми от света» реакциями фотосинтез, поскольку он не питается напрямую от фотонов от Солнца. Вместо этого цикл Кальвина питается от АТФ и NADPH, которые создаются путем использования энергии фотонов в светозависимых реакциях.
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.
Этот этап называется «восстановлением», потому что НАДФН отдает электроны молекулам 3-фосфоглицериновой кислоты с образованием глицеральдегид-3-фосфата. В химии процесс пожертвования электронов называется «восстановлением», а процесс взятия электронов называется «окислением».
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
Каждый оборот цикла Кальвина «фиксирует» одну молекулу углерода, которую можно использовать для производства сахара.
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!
2. Почему вторая фаза цикла Кальвина называется «редукция»?A. Потому что это уменьшает количество атомов углерода в 3-фосфоглицериновой кислоте.B. Потому что это уменьшает количество энергии в общей системе.C. Потому что НАДФН отдает электроны 3-фосфоглицериновой кислоте, которая представляет собой химический процесс, называемый «восстановлением».D. Ни один из вышеперечисленных.
Ответ на вопрос № 2
С верно. В химии «уменьшить» что-то означает дать ему электроны. НАДФН придает электронам 3-фосфоглицеридное действие на стадии «восстановления» цикла Кальвина.
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.