20.3
卡尔文-本森循环是光合作用的第二阶段,植物在此阶段利用光反应的终产物ATP和NADPH来合成糖。
这一系列反应可分为三个阶段。
在碳固定阶段,核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶(RuBisCo)催化将 CO2 添加到一种五碳糖——核酮糖-1,5-二磷酸(RuBP)上,从而将无机的 CO2 固定为有机分子。
该反应生成一个不稳定的六碳中间产物,随后被裂解为两个较小的三碳分子,称为3-磷酸甘油酸或3-PGA。
在还原阶段,3-磷酸甘油酸激酶将一个磷酸基团添加到3-磷酸甘油酸(3-PGA)的羧基上,生成1,3-二磷酸甘油酸。
然后,甘油醛-3-磷酸脱氢酶将电子从NADPH转移至1,3-二磷酸甘油酸,生成两分子甘油醛-3-磷酸(G3P)。
一个G3P离开卡尔文-本森循环用于形成重要的植物代谢物,另一个则与ATP共同经历一系列复杂的反应以再生RuBP。
总体而言,生成一个六碳糖需要在固定阶段消耗 6 个 CO2 分子,在还原阶段消耗 12 个 ATP 和 12 个 NADPH,在再生阶段消耗 6 个 ATP。
核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶(RuBisCo)是光合作用过程中催化二氧化碳同化的关键酶。然而,它是一种效率低下的酶,并且催化速率极慢。典型的酶每秒可以处理大约一千个分子;然而,RuBisCo 每秒只能固定大约 3 - 个二氧化碳。光合作用细胞通过合成大量的 RuBisCo 来弥补这种缓慢的速…