Wissenschaft

Diagramm und Erklärung des Calvin-Zyklus

Der Calvin-Zyklus ist eine Reihe von lichtunabhängigen  Redoxreaktionen. die während der Photosynthese und der Kohlenstofffixierung auftreten, um Kohlendioxid in Zuckerglucose umzuwandeln. Diese Reaktionen treten im Stroma des Chloroplasten auf, dem mit Flüssigkeit gefüllten Bereich zwischen der Thylakoidmembran und der inneren Membran der Organelle. Hier ist ein Blick auf die Redoxreaktionen, die während des Calvin-Zyklus auftreten.

 

Andere Namen für den Calvin-Zyklus

Möglicherweise kennen Sie den Calvin-Zyklus unter einem anderen Namen. Der Satz von Reaktionen ist auch als Dunkelreaktionen, C3-Zyklus, Calvin-Benson-Bassham (CBB) -Zyklus oder reduktiver Pentosephosphat-Zyklus bekannt. Der Zyklus wurde 1950 von Melvin Calvin, James Bassham und Andrew Benson an der University of California in Berkeley entdeckt. Sie verwendeten radioaktiven Kohlenstoff-14, um den Weg der Kohlenstoffatome bei der Kohlenstofffixierung zu verfolgen.

 

Überblick über den Calvin-Zyklus

Dies ist ein Diagramm des Calvin-Zyklus.
Diagramm des Calvin-Zyklus. Atome werden durch die folgenden Farben dargestellt: Schwarz=Kohlenstoff, Weiß=Wasserstoff, Rot=Sauerstoff, Rosa=Phosphor.Mike Jones / Wikimedia Commons / CC BY-SA 3.0

 

Der Calvin-Zyklus ist Teil der Photosynthese, die in zwei Stufen abläuft. In der ersten Stufe verwenden chemische Reaktionen Energie aus Licht, um ATP und NADPH zu erzeugen. In der zweiten Stufe (Calvin-Zyklus oder Dunkelreaktionen) werden Kohlendioxid und Wasser in organische Moleküle wie Glucose umgewandelt. Obwohl der Calvin-Zyklus als „Dunkelreaktionen“ bezeichnet werden kann, treten diese Reaktionen nicht im Dunkeln oder nachts auf. Die Reaktionen erfordern reduziertes NADP, das aus einer lichtabhängigen Reaktion stammt. Der Calvin-Zyklus besteht aus:

  • Kohlenstofffixierung – Kohlendioxid (CO 2 ) wird zu Glycerinaldehyd-3-phosphat (G3P) umgesetzt. Das Enzym RuBisCO katalysiert die Carboxylierung einer 5-Kohlenstoff-Verbindung unter Bildung einer 6-Kohlenstoff-Verbindung, die sich in zwei Hälften teilt, um zwei 3-Phosphoglycerat (3-PGA) -Moleküle zu bilden. Das Enzym Phosphoglyceratkinase katalysiert die Phosphorylierung von 3-PGA unter Bildung von 1,3-Biphosphoglycerat (1,3BPGA).
  • Reduktionsreaktionen – Das Enzym Glycerinaldehyd-3-phosphat-Dehydrogenase katalysiert die Reduktion von 1,3BPGA durch NADPH.
  • Ribulose-1,5-Bisphosphat (RuBP) -Regeneration – Am Ende der Regeneration beträgt der Nettogewinn der Reaktionsmenge ein G3P-Molekül pro 3 Kohlendioxidmoleküle.

 

Calvin Cycle Chemical Equation

Die chemische Gesamtgleichung für den Calvin-Zyklus lautet:

  • 3 CO 2 + 6 NADPH + 5 H 2 O + 9 ATP → Glycerinaldehyd-3-phosphat (G3P) + 2 H + + 6 NADP + + 9 ADP + 8 Pi (Pi=anorganisches Phosphat)

Sechs Durchläufe des Zyklus sind erforderlich, um ein Glucosemolekül herzustellen. Überschüssiges G3P, das durch die Reaktionen erzeugt wird, kann verwendet werden, um eine Vielzahl von Kohlenhydraten zu bilden, abhängig von den Bedürfnissen der Pflanze.

 

Hinweis zur Lichtunabhängigkeit

Obwohl die Schritte des Calvin-Zyklus kein Licht erfordern, findet der Prozess nur statt, wenn Licht verfügbar ist (tagsüber). Warum? Weil es eine Energieverschwendung ist, weil es ohne Licht keinen Elektronenfluss gibt. Die Enzyme, die den Calvin-Zyklus antreiben, werden daher so reguliert, dass sie lichtabhängig sind, obwohl die chemischen Reaktionen selbst keine Photonen erfordern.

Nachts wandeln Pflanzen Stärke in Saccharose um und geben sie an das Phloem ab. CAM-Pflanzen speichern Apfelsäure nachts und setzen sie tagsüber frei. Diese Reaktionen werden auch als „Dunkelreaktionen“ bezeichnet.

 

Quellen

  • Bassham J., Benson A., Calvin M. (1950). „Der Weg des Kohlenstoffs in der Photosynthese“. J Biol Chem 185 (2): 781–7. PMID 14774424.

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