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캘빈회로

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Biology
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The Calvin Cycle

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– [나레이터] 독립 영양 식물에서캘빈 회로의 개시는 대기의 이산화탄소가궁극적으로 엽록체의 자좌로 확산될 때 일어납니다여기서는, 이산화탄소의 탄소 원자 하나가5 탄소 수용체 당 분자에 첨가되거나 고정되는데이는 리불로오스 인산염, 또는 RuBP이며효소에 의해 촉매된 반응으로 일어나며이는 리불로오스1-5-인산염-카르복실라아제- 옥시게나아제또는 줄여서 RuBisCo입니다생성된 6 개의 탄소 분자는 매우 불안정하며2 개, 3 개의 탄소 분자로 나누어지는데3- 포스포글리세린산인 3-PGA이며이와 함께 에너지를 공급하는 ATP와 NADPH가각 수소에 첨부된 채로, 3-PGA 사슬은다른 3 개의 탄소 중간체로 전환되어글리세르알데히드 -3- 인산염이 됩니다그다음, 하나의 G3P가 회로를 벗어나고 다른 대상이탄소 원자 6 개로 포도당을 생성할 때를 기다립니다나머지 G3P는 네 번 더 기다려야 하며탄소가 축적되고 ATP가 더 많은 에너지를 제공하고RuBP 수용체를 재생시키게 됩니다전반적으로, 캘빈 회로의 6회 순환은대기로부터 6 개의 이산화탄소를 고정시키며에너지를 활용하고 18 ATP의 힘과마찬가지로 NADPH도 각각 줄여서포도당 1 분자를 생성하고 RuBP 재구축하여순환을 이어가게 됩니다

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캘빈회로

개요

산소성 광합성(oxygenic photosynthesis)은 연간 약 2,000억 톤의 이산화탄소(CO2)를 유기 화합물로 전환하고 약 1,400억 톤의 대기 산소(O2)를 생산합니다. 따라서 광합성은 인간의 모든 음식 요구와 산소 요구의 기본이 됩니다.

광합성 과정은 식물 엽록체(chloroplast)의 서로 다른 영역에서 일어나는 두 가지 반응으로 다음과 같이 나눌 수 있습니다: 빛 의존성 반응(light-dependent reaction) 또는 빛 비의존성 반응(light-independent reaction). 빛 의존성 반응은 엽록체의 틸라코이드(thylakoid) 막에서 일어납니다. 틸라코이드 막에서 빛 에너지는 아데노신삼인산(ATP)과 NADPH로 저장된 화학 에너지로 변환합니다. 이 에너지는 엽록체의 스트로마(stroma) 영역에서 캘빈-벤슨회로(Calvin-Benson cycle)의 빛 비의존성 반응을 통해 대기 중 이산화탄소를 복합 탄수화물로 환원(reduction)하기 위해 사용됩니다.

캘빈-벤슨회로

캘빈-벤슨회로는 빛에 의존하지 않는 일련의 광합성 반응을 뜻합니다. 이런 빛 비의존성 반응은 대기 중 CO2를 복합 탄수화물로 변환하기 위해 빛 의존성 반응 중 생성된 ATP와 NADPH를 사용합니다. 한편 캘빈-벤슨회로는 빛 의존성 반응을 위해 아데노신이인산(ADP)과 NADP+</sup를 재생성합니다.

캘빈-벤슨회로가 시작될 때 대기 중 CO2는 기공(stomata)이라고 불리는 구멍을 통해 잎으로 들어갑니다. 엽록체의 스트로마 영역에서는 리불로오스이인산카복실화효소-산소화효소(ribulose-1,5-bisphosphate carboxylase/oxygenase)라는 이름을 줄여서 루비스코(RuBisCO)라 부르는 효소가 CO2에서 가져온 탄소 원자 1개를 5탄소 수용체 당 분자 리불로오스-1,5-이인산(ribulose-1,5- bisphosphate, 줄여서 RuBP)에 추가합니다. 여기서 생긴 6탄소 분자는 매우 불안정해서 2개의 3-인글리세르산(3-phosphoglyceric acid, 줄여서 3-PGA)으로 분해됩니다. 3-인글리세르산인산화효소(3-phosphoglycerate kinase)는 ATP를 사용해 3-PGA 분자를 인산화하여 1,3-이인글리세르산(1,3-bisphosphoglycerate)을 형성합니다. 이어서 글리세르알데하이드-3-인산탈수소효소(glyceraldehyde 3-phosphate dehydrogenase; 글리세르알데히드-3-인산탈수소효소)는 NADPH를 사용하여 1,3-이인글리세르산을 환원해 3탄소 당인 글리세르알데하이드-3-인산(글리세르알데하이드-3-인산(glyceraldehyde 3-phosphate, 줄여서 G3P; 글리세르알데히드-3-인산)을 형성합니다. G3P는 캘빈-벤슨회로의 최종 생성물로, 이 회로에 C3 탄소 고정(C3 carbon fixation)이란 별칭을 안겨주었습니다.

6개의 CO2 분자를 고정하기 위해 캘빈-벤슨회로는 12개의 NADPH 분자와 18개의 ATP 분자를 환원합니다. 이러한 에너지원은 광합성의 빛 의존성 반응에 의해 보충됩니다. 6개의 CO2는 6개의 5탄소 분자(RuBP)에 부착해 12개의 3탄소 분자(G3P)로 분해됩니다. 이 G3P 분자 중 10개는 RuBP 수용체 6개를 재생해 회로가 계속 돌아갈 수 있게 만듭니다. G3P의 2개는 포도당 1개로 변환됩니다. G3P는 또한 다른 탄수화물, 아미노산, 지질을 합성하는데 사용될 수 있습니다.

Suggested Reading

Michelet, Laure, Mirko Zaffagnini, Samuel Morisse, Francesca Sparla, María Esther Pérez-Pérez, Francesco Francia, Antoine Danon, et al. “Redox Regulation of the Calvin–Benson Cycle: Something Old, Something New.” Frontiers in Plant Science 4 (2013). [Source]

Sharkey, Thomas D., and Sean E. Weise. “The Glucose 6-Phosphate Shunt around the Calvin–Benson Cycle.” Journal of Experimental Botany 67, no. 14 (July 1, 2016): 4067–77. [Source]