Фотосинтез: цикл Кальвина

Цикл Кальвина – это вторая группа реакций фотосинтеза, протекающая после светозависимых реакций. Иногда цикл Кальвина называют светонезависимыми реакциями или даже темновыми реакциями, поскольку свет не требуется для его осуществления. Тем не менее, для его работы необходимы два ключевых продукта световых реакций: АТФ и НАДФН.

Напомним, что и АТФ, и НАДФН образуются в ходе световых реакций на тилакоидах. Цикл Кальвина протекает в жидкости, окружающей тилакоиды, известной как СТРОМА.
АТФ обеспечивает энергию, а НАДФН – электроны и водороды, необходимые для восстановления углекислого газа и синтеза сахаров в цикле Кальвина.
Вот как это работает:
Фаза 1: Фиксация углерода
Фермент Рубиско извлекает CO2 из воздуха и присоединяет его к пятиуглеродному соединению, называемому РуБФ. Это называется фиксацией углерода. В результате образуется 6-углеродное соединение, которое немедленно расщепляется на две молекулы 3-фосфоглицерата. Обратите внимание, что мы фиксировали углерод для 3 молекул CO₂. Скоро вы поймете, почему!

Фаза 2: Восстановление
В фазе восстановления АТФ, образующийся в результате световых реакций, обеспечивает энергию для образования промежуточного соединения. Это реакционноспособное промежуточное соединение затем может восстановиться, то есть получить электроны и водород. Электроны и водород поступают от НАДФН и используются для восстановления промежуточного соединения до образования глицеральдегид-3-фосфата, чаще называемого Г3Ф (или иногда триозофосфатом). Г3Ф — ключевой продукт цикла Кальвина, который может быть использован для синтеза сахара! Обратите внимание, что на каждые 3 молекулы CO₂, поступившие в цикл Кальвина, приходится 1 Г3Ф. 3 атома углерода поступают, 3 атома углерода выходят… логично, верно?
Фаза 3: Регенерация
Обратите внимание, что в нашей модели из цикла удаляется только один Г3Ф, но остаются еще 5. Эти 5 молекул Г3Ф преобразуются обратно в наше исходное соединение, РуБФ. Помните, цикл Кальвина — это цикл, поэтому нам нужно снова синтезировать наше исходное соединение, чтобы цикл продолжался. Теперь я дам вам время подумать… Если у нас есть 5 молекул Г3Ф, и каждая из них содержит 3 атома углерода, сколько атомов углерода у нас получится? Теперь, когда у вас есть ответ, сколько 5-углеродных молекул РуБФ мы можем синтезировать, используя эти атомы углерода? Полагаю, вы уже догадались… мы можем синтезировать 3 молекулы РуБФ. Для этого требуется энергия. Можете ли вы догадаться, откуда берётся эта энергия? Если вы ответили АТФ, вы правы. Давайте посмотрим.
Теперь, когда мы завершили цикл Кальвина для 3 атомов углерода, давайте ещё раз пройдём этот процесс, чтобы синтезировать глюкозу! Помните, в нашем общем уравнении фотосинтеза для синтеза одной молекулы глюкозы с 6 атомами углерода используется 6 углекислых газов. Учитывая это, сколько молекул Г3Ф потребуется для синтеза одной молекулы глюкозы? Если вы ответили «2», вы правы!
Теперь вы увидели, как цикл Кальвина используется для синтеза глюкозы и как светозависимые реакции обеспечивают НАДФН и АТФ, необходимые для работы цикла Кальвина!
Глюкоза и другие органические соединения, образующиеся в результате этих процессов фотосинтеза, позволяют растениям и водорослям расти и поддерживать практически всё живое на Земле, включая вас!
Чтобы стать экспертом по циклу Кальвина, самостоятельно выполняя это задание, поиграйте в интерактивный фотосинтез на сайте BioMan Biology!

Музыка: Bensound.com/royalty-free-music