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9.6: 캘빈 회로

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The Calvin Cycle

9.6: The Calvin Cycle

9.6: 캘빈 회로


Oxygenic photosynthesis converts approximately 200 billion tons of carbon dioxide (CO2) annually to organic compounds and produces approximately 140 billion tons of atmospheric oxygen (O2). Photosynthesis is the basis of all human food and oxygen needs.

The photosynthetic process can be divided into two sets of reactions that take place in different regions of plant chloroplasts: the light-dependent reaction and the light-independent or “dark” reactions. The light-dependent reaction takes place in the thylakoid membrane of the chloroplast. It converts light energy to chemical energy, stored as ATP and NADPH. This energy is then utilized in the stroma region of the chloroplast, to reduce atmospheric carbon dioxide into complex carbohydrates through the light-independent reactions of the Calvin-Benson cycle.

The Calvin-Benson Cycle

The Calvin-Benson cycle represents the light-independent set of photosynthetic reactions. It uses the adenosine triphosphate (ATP) and nicotinamide-adenine dinucleotide phosphate (NADPH) generated during the light-dependent reactions to convert atmospheric CO2 into complex carbohydrates. The Calvin-Benson cycle also regenerates adenosine diphosphate (ADP) and NADP+ for the light-dependent reaction.

At the start of the Calvin-Benson cycle, atmospheric CO2 enters the leaf through openings called stomata. In the stroma region of the chloroplast, the enzyme ribulose-1,5-bisphosphate carboxylase/oxygenase (RuBisCO) adds one carbon atom from CO2 to a 5-carbon (5C) acceptor sugar molecule, ribulose-1,5- bisphosphate (RuBP). The resulting 6C molecule is highly unstable and splits into two molecules of 3-phosphoglyceric acid (3-PGA). The enzyme 3-phosphoglycerate kinase uses ATP to phosphorylate these 3-PGA molecules to form 1,3-bisphosphoglycerate. Glyceraldehyde 3-phosphate dehydrogenase uses NADPH to reduce these molecules to form glyceraldehyde 3-phosphate (G3P), a 3C sugar. This final product gives rise to the name C3 carbon fixation—an alias for the Calvin-Benson cycle.

To fix six CO2 molecules, the Calvin-Benson cycle reduces 12 NADPH and 18 ATP molecules. These energy sources are replenished by the light-dependent reactions of photosynthesis. The six CO2 are attached to six 5C molecules (RuBP) that break into 12 3C molecules (G3P). Ten of these G3P molecules regenerate six molecules of the RuBP acceptor, to continue the cycle. Two molecules of G3P are converted into one glucose. G3P may also be used to synthesize other carbohydrates, amino acids, and lipids.


산소 광합성은 연간 약 2,000억 톤의이산화탄소(CO2)를유기 화합물로 변환하고 약 1,400억 톤의 대기 산소(O2)를생산합니다. 광합성은 모든 인간의 음식과 산소 요구의 기초입니다.

광합성 공정은 식물 엽록체의 다른 영역에서 일어나는 두 가지 반응세트로 나눌 수 있습니다: 빛 의존반응 및 빛-독립적 또는 "어두운" 반응. 빛 의존반응은 엽록소의 틸라코이드 막에서 일어난다. 그것은 ATP와 NADPH로 저장된 화학 에너지로 빛 에너지를 변환합니다. 이 에너지는 캘빈 벤슨 사이클의 빛 독립적 반응을 통해 대기 이산화탄소를 복합 탄수화물로 줄이기 위해 엽록소의 스트로마 영역에서 활용됩니다.

캘빈 벤슨 사이클

캘빈 벤슨 주기는 광합성 반응의 빛 독립적 인 세트를 나타냅니다. 대기CO2를 복합 탄수화물로 변환하기 위해 가벼운 의존 반응 중에 생성된 아데노신 트리호스페이트(ATP)와 니코티나미드-아데닌 디뉴클레오티드 인산염(NADPH)을 사용합니다. 캘빈 벤슨 사이클은 또한 빛 의존반응에 대해 아데노신 디포스페이트(ADP) 및 NADP+를 재생합니다.

캘빈 벤슨 사이클이 시작될 때 대기 CO2는 스토마타(stomata)라고 불리는 개구부를 통해 잎에 들어갑니다. 엽록소의 스트로마 영역에서 효소 리볼로오스-1,5-비스포스페이트 카르복실라제/산소효소(RuBisCO)는 CO2에서 5탄소(5C) 수용제 당 분자, 리벨로오스-1,5-비스포스페이트(RuBP)까지 탄소 원자 1개를 추가한다. 결과 6C 분자는 매우 불안정 하 고 3-인 지질 산의 두 분자로 분할 (3-PGA). 효소 3-인산가산키나제는 ATP를 사용하여 이 3PGA 분자를 인광하여 1,3-비스포스포글리세라이드를 형성합니다. 글리세랄데히드 3-인산탈수소효소는 NADPH를 사용하여 이러한 분자를 감소어 글리세랄데히드 3-인산염(G3P)을 형성합니다. 이 최종 제품은 캘빈 벤슨 사이클의 별칭인 C3 탄소 고정이라는 이름을 생성합니다.

6개의 CO2 분자를 고치기 위하여는, Calvin-Benson 주기는 12개의 NADPH 및 18ATP 분자를 감소시킵니다. 이 에너지원은 광합성의 광의존반응에 의해 보충된다. 6개의 CO2는 12개의 3C 분자 (G3P)로 침입하는 6개의 5C 분자 (RuBP)에 붙어 있습니다. 이러한 G3P 분자의 10은 주기를 계속하기 위해 RuBP 수용자의 6개의 분자를 재생합니다. G3P의 2개의 분자는 1개의 포도당으로 변환됩니다. G3P는 또한 다른 탄수화물을 합성 하는 데 사용할 수 있습니다., 아미노산, 그리고 지질.

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