cykl Calvina

definicja cyklu Calvina

cykl Calvina to cykl reakcji chemicznych wykonywanych przez rośliny w celu “utrwalenia” węgla z CO2 na trzy cukry węglowe.

później Rośliny i zwierzęta mogą przekształcić te trzy-węglowe związki w aminokwasy, nukleotydy i bardziej złożone cukry, takie jak skrobia.

ten proces “wiązania węgla” jest tym, w jaki sposób powstaje większość nowej materii organicznej. Cukry powstałe w cyklu Calvina są również wykorzystywane przez rośliny do długotrwałego magazynowania energii, w przeciwieństwie do ATP, który jest zużywany szybko po jego wytworzeniu.

te cukry roślinne mogą również stać się źródłem energii dla zwierząt jedzących Rośliny i drapieżników jedzących te rośliny.

cykl Calvina jest czasami nazywany “niezależnymi od światła” reakcjami fotosyntezy, ponieważ nie jest zasilany bezpośrednio przez fotony ze słońca. Zamiast tego cykl Calvina jest zasilany przez ATP i NADPH, które powstają poprzez wykorzystanie energii fotonów w reakcjach zależnych od światła.

funkcja cyklu Calvina

funkcją cyklu Calvina jest tworzenie cukrów trójwęglowych, które można następnie wykorzystać do budowy innych cukrów, takich jak glukoza, skrobia i celuloza, które są używane przez rośliny jako materiał konstrukcyjny. Cykl Calvina pobiera cząsteczki węgla prosto z powietrza i zamienia je w materię roślinną.

To sprawia, że cykl Calvina jest niezbędny do istnienia większości ekosystemów, gdzie rośliny stanowią podstawę piramidy energetycznej. Bez cyklu Calvina rośliny nie byłyby w stanie magazynować energii w formie, którą roślinożercy mogliby strawić. Mięsożercy nie mieliby następnie dostępu do energii przechowywanej w ciałach roślinożerców!

włókna węglowe powstałe w cyklu Calvina są również wykorzystywane przez rośliny i zwierzęta do produkcji białek, kwasów nukleinowych, lipidów i wszystkich innych budulców życia.

cykl Calvina reguluje również poziom dwutlenku węgla, gazu cieplarnianego, w atmosferze Ziemi. Naukowcy wyrazili obawy, ponieważ oprócz wprowadzenia ogromnych ilości CO2 z powrotem do powietrza poprzez spalanie węgla, ropy naftowej i benzyny, ludzie wycięli również około połowę wszystkich lasów ziemi, które odgrywają ważną rolę w usuwaniu CO2 z powietrza.

poniżej omówimy, w jaki sposób cykl Calvina tworzy cukry proste z CO2.

etapy cyklu Calvina

Wiązanie węgla

w wiązaniu węgla cząsteczka CO2 z atmosfery łączy się z cząsteczką akceptora węgla o nazwie rybuloza-1,5-bisfosforan (RuBP).

powstały związek sześciowęglowy jest następnie dzielony na dwie cząsteczki związku trójwęglowego, kwasu 3-fosfoglicerydowego (3-PGA).

reakcja ta jest katalizowana przez enzym rubp karboksylazy/oksygenazy, znany również jako RuBisCO. Ze względu na kluczową rolę, jaką odgrywa w fotosyntezie, RuBisCo jest prawdopodobnie najobficiej występującym enzymem na Ziemi.

redukcja

w drugim etapie cyklu Calvina cząsteczki 3-PGA powstałe w wyniku wiązania węgla są przekształcane w cząsteczki fosforanu cukru prostego – aldehydu glicerynowego-3 (G3P).

ten etap wykorzystuje energię ATP i NADPH powstałą w reakcji fotosyntezy zależnej od światła. W ten sposób cykl Calvina staje się sposobem, w jaki rośliny przekształcają energię ze światła słonecznego w długoterminowe cząsteczki magazynujące, takie jak cukry. Energia z ATP i NADPH jest przenoszona do cukrów.

ten etap nazywa się “redukcją”, ponieważ NADPH przekazuje elektrony cząsteczkom kwasu 3-fosfoglicerydowego, tworząc fosforan glicerodehydu-3. W chemii proces oddawania elektronów nazywany jest “redukcją”, podczas gdy proces przyjmowania elektronów nazywany jest ” utlenianiem.”

regeneracja

niektóre cząsteczki fosforanu glicerodehydu-3 idą do wytwarzania glukozy, podczas gdy inne muszą być poddane recyklingowi, aby zregenerować Pięciowęglowy związek RuBP, który jest używany do przyjmowania nowych cząsteczek węgla.

proces regeneracji wymaga ATP. Jest to złożony proces obejmujący wiele etapów.

ponieważ do wytworzenia glukozy potrzeba sześciu cząsteczek węgla, cykl ten należy powtórzyć sześć razy, aby wytworzyć jedną cząsteczkę glukozy.

aby osiągnąć to równanie, pięć z sześciu cząsteczek fosforanu glyceraldehydu-3 utworzonych w cyklu Calvina regeneruje się, tworząc cząsteczki Rubpa. Szósta wychodzi z cyklu, aby stać się połową cząsteczki glukozy.

Diagram cyklu Calvina

uproszczony diagram cyklu Calvina

produkty cyklu Calvina

każda tura cyklu Calvina “naprawia” jedną cząsteczkę węgla, którą można wykorzystać do produkcji cukru.

aby wytworzyć jedną cząsteczkę aldehydu glicerynowego-3 fosforanu, potrzeba trzech zwojów cyklu Calvina.

po sześciu obrotach cyklu Calvina można połączyć dwie cząsteczki fosforanu glicerodehydu-3, tworząc cząsteczkę glukozy.

każdy zwrot cyklu Calvina wykorzystuje również 3 ATP i 2 NADPH w procesach redukcji (dodawania elektronów do) kwasu 3-fosfoglicerydowego w celu wytworzenia fosforanu glicerodehydu-3 i regeneracji RuBP, aby mogli przyjąć nowy atom węgla z CO2 z powietrza.

oznacza to, że do wytworzenia pojedynczej cząsteczki glukozy zużywa się 18 ATP i 12 NADPH.

  • Chloroplast – organelle w komórkach roślinnych, w których energia słoneczna zamieniana jest w ATP i cukier.
  • Piramida energetyczna – diagram obrazujący przepływ energii przez ekosystem.
  • fotosynteza-proces, w którym żywe istoty wychwytują energię ze światła słonecznego i wykorzystują ją do wytwarzania paliwa i materiałów organicznych do budowy swoich komórek.

Quiz

1. Dlaczego cykl Calvina jest ważny dla większości ekosystemów?
A. zamienia dwutlenek węgla z powietrza w węgiel, który żywe istoty mogą wykorzystać do produkcji cukrów, białek, nukleotydów i lipidów.
B. magazynuje energię ze światła słonecznego w postaci długotrwałego przechowywania cukru, który może być używany przez rośliny lub spożywany przez zwierzęta, tworząc podstawę łańcucha pokarmowego.
C. Usuwa z powietrza dwutlenek węgla, który jest gazem cieplarnianym.
D. Wszystkie powyższe.

odpowiedź na pytanie #1
D jest poprawna. Wszystkie powyższe są powodem, dla którego cykl Calvina jest ważny!

2. Dlaczego druga faza cyklu Calvina nazywa się “redukcją”?
A. ponieważ zmniejsza liczbę atomów węgla w kwasie 3-fosfoglicerydowym.
B. ponieważ zmniejsza ilość energii w całym systemie.
C. Ponieważ NADPH daje elektrony kwasowi 3-fosfoglicerydowemu, który jest procesem chemicznym zwanym ” redukcją.”
D. żaden z powyższych.

odpowiedź na pytanie #2
C jest poprawna. W chemii “zredukować” coś oznacza dać mu elektrony. NADPH nadaje elektronom działanie 3-fosfogliceryczne w fazie “redukcji” cyklu Calvina.

3. Jakie jest źródło ATP i NADPH stosowanych w cyklu Calvina?
A. oddychanie tlenowe odbywające się w mitochondriach.
B. energia wykorzystywana przez światło słoneczne w chloroplastach.
C. energia pozyskiwana z lotnych substancji chemicznych, takich jak żelazo, wodór lub amoniak.
D. żaden z powyższych.

odpowiedź na pytanie #3
B jest poprawna. Cykl Calvina jest zasilany energią wykorzystywaną przez światło słoneczne w chloroplastach. Cykl jest wykonywany przez rośliny fotosyntetyczne: oddychanie tlenowe i chemosynteza, opisane w innych odpowiedziach, są wykorzystywane przez inne rodzaje form życia.

Dodaj komentarz

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany.