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9.6: 卡尔文循环
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9.6: 卡尔文循环

氧光合作用每年将约2000亿吨二氧化碳(CO2)转化为有机化合物,并产生约1400亿吨大气氧(O2)。光合作用是人类所有食物和氧气需求的基础。

光合过程可分为两组发生在植物叶绿体不同区域的反应:光依赖反应和光独立或暗反应。光依赖反应发生在叶绿体的类囊体膜上。它将光能转换成化学能,储存为ATP和NADPH。然后在叶绿体的基质区域中利用这种能量,通过Calvin Benson循环的光独立反应将大气二氧化碳还原成复杂碳水化合物。

Calvin-Benson循环

Calvin-Benson循环代表光独立的光合反应集合。它利用在光依赖反应中产生的三磷酸腺苷(ATP)和烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸酯 (NADPH) 将大气中的CO2转化为复杂的碳水化合物。Calvin-Benson循环还可再生二磷酸腺苷 (ADP)和NADP+,用于光依赖反应。

在Calvin-Benson循环开始时,大气CO2通过气孔进入叶片。在叶绿体基质区,核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶(RuBisCO)将一个碳原子从CO2添加到5-碳 (5C)受体糖分子,核酮糖-1,5-二磷酸 (RuBP。由此产生的6C分子高度不稳定,分裂成两个3-磷酸甘油酸(3-PGA)分子。磷酸甘油酸激酶利用ATP使这些3-PGA分子磷酸化,形成1,3-双磷酸甘油酸。甘油醛3-磷酸脱氢酶利用NADPH还原这些分子,形成甘油醛3-磷酸酯(G3P),一种3C糖。最终产品命名为 C3碳固定,这是 Calvin-Benson循环的别名。

为了固定6个CO2分子,Calvin-Benson循环减少了12个 NADPH和18个ATP分子。这些能量来源由光合作用的光依赖反应补充。六个CO2连接到六个5C分子(RuBP))上,这些5C分子分裂成12个3C分子 (G3P)。其中10个G3P分子再生6个RuBP受体分子,继续循环。G3P的两个分子转化为一个葡萄糖。G3P还可用于合成其他碳水化合物、氨基酸和脂质。


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