Cykl Calvina: reakcje niezależne od światła w fotosyntezie
Poznaj cykl Calvina – reakcje niezależne od światła w fotosyntezie, w których z CO2 powstają cukry dzięki ATP i NADPH z fazy jasnej.
W chloroplastach roślin zachodzą reakcje niezależne od światła, nazywane także cyklem Calvina. W ich przebiegu dwutlenek węgla jest wiązany i przekształcany w związki organiczne, z których powstają cukry. Proces ten nie wymaga bezpośrednio światła, ale korzysta z energii i siły redukcyjnej wytwarzanych w reakcjach zależnych od światła, czyli z ATP oraz NADPH. Z tego powodu cykl Calvina może zachodzić tylko wtedy, gdy wcześniej zostały uruchomione reakcje świetlne fotosyntezy.
Cykl Calvina przebiega w stromie chloroplastu, a nie w granach. Jest to zespół reakcji enzymatycznych, w których kluczową rolę odgrywają enzymy, zwłaszcza karboksylaza/oksygenaza rybulozo-1,5-bisfosforanu, czyli Rubisco. To właśnie ona inicjuje wiązanie CO2 z cząsteczką akceptora. Następnie związki pośrednie ulegają przemianom prowadzącym do powstania trioz fosforanowych, które mogą zostać wykorzystane do syntezy glukozy, skrobi i innych węglowodanów.
W cyklu Calvina wyróżnia się trzy główne etapy:
- karboksylację – przyłączenie CO2 do związku akceptorowego,
- redukcję – przekształcenie powstałych związków z wykorzystaniem ATP i NADPH,
- regenerację – odtworzenie cząsteczek potrzebnych do ponownego związania dwutlenku węgla.
Produkty powstające w reakcjach niezależnych od światła są następnie przemieszczane w roślinie w procesie translokacji. Mogą trafiać do liści, korzeni, owoców, nasion oraz innych organów, gdzie stanowią źródło energii i materiał budulcowy. Dlatego cykl Calvina ma kluczowe znaczenie nie tylko dla samej fotosyntezy, ale również dla wzrostu, rozwoju i magazynowania substancji zapasowych przez roślinę.
Choć reakcje te określa się jako niezależne od światła, w praktyce ich tempo pośrednio zależy od warunków oświetlenia, ponieważ bez dopływu ATP i NADPH z fazy jasnej nie mogą przebiegać prawidłowo. Jest to proces beztlenowy, ponieważ nie wymaga udziału tlenu jako substratu.
Cykl Calvina
Cykl Calvina
- Cukier (dwufosforan rybulozy lub RuBP) składający się z 5 atomów węgla łączy się z dwutlenkiem węgla, tworząc 6-węglowy cukier (fosfoglicerynian). Enzym o nazwie RuBisCO przyspiesza tę reakcję.
- Fosfoglicerynian jest redukowany za pomocą atomów wodoru z reakcji zależnej od światła, tworząc dwie cząsteczki fosforanu triozy (każda ma 3 atomy węgla). Do tego potrzebny jest ATP.
- Część fosforanu triozy jest przekształcana (przy użyciu ATP) z powrotem w bifosforan rybozy (dlatego nazywa się to cyklem).
- Pozostała część jest wykorzystywana do produkcji glukozy.
Suma reakcji zachodzących w cyklu Calvina jest następująca:
3 CO
2 + 6 NADF + 5 H
2O + 9 ATP → 3-fosforan gliceraldehydu (G3P) + 2 H+ + 6 NADP+ + 9 ADP + 8 Pi (Pi = fosforan nieorganiczny)
Przeszukaj encyklopedię