9.6: The Calvin Cycle
9.6: Cycle de Calvin
Overview
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.
Aperçu
La photosynthèse oxygénique convertit environ 200 milliards de tonnes de dioxyde de carbone (CO2)par an en composés organiques et produit environ 140 milliards de tonnes d’oxygène atmosphérique (O2). La photosynthèse est la base de tous les besoins humains en nourriture et en oxygène.
Le processus photosynthétique peut être divisé en deux séries de réactions qui ont lieu dans différentes régions de chloroplastes végétaux : la réaction dépendante de la lumière et les réactions légères ou « sombres ». La réaction dépendante de la lumière a lieu dans la membrane thylakoid du chloroplaste. Il convertit l’énergie lumineuse en énergie chimique, stockée sous forme d’ATP et de NADPH. Cette énergie est ensuite utilisée dans la région stroma du chloroplaste, pour réduire le dioxyde de carbone atmosphérique en glucides complexes grâce aux réactions légères du cycle Calvin-Benson.
Le cycle Calvin-Benson
Le cycle Calvin-Benson représente l’ensemble de réactions photosynthétiques indépendantes de la lumière. Il utilise le triphosphate d’adénosine (ATP) et le phosphate de dinucléotide de nicotinamide-adénine (NADPH) générés pendant les réactions dépendantes de la lumière pour convertir le CO2 atmosphérique en glucides complexes. Le cycle Calvin-Benson régénère également la diphosphate d’adénosine (ADP) et le NADP+ pour la réaction dépendante de la lumière.
Au début du cycle Calvin-Benson, le CO2 atmosphérique pénètre dans la feuille par des ouvertures appelées stomates. Dans la région stroma du chloroplaste, l’enzyme ribulose-1,5-bisphosphate carboxylase/oxygenase (RuBisCO) ajoute un atome de carbone du CO2 à une molécule de sucre acceptar de 5 carbone (5C), ribulose-1,5- bisphosphate (RuBP). La molécule 6C qui en résulte est très instable et se divise en deux molécules d’acide 3-phosphoglycérique (3-PGA). L’enzyme 3-phosphoglycérate kinase utilise l’ATP pour phosphorylate ces molécules 3-PGA pour former 1,3-bisphosphoglycérate. Le glycéraldéhyde 3-phosphate déshydrogénase utilise nadph pour réduire ces molécules pour former le glyceraldéhyde 3-phosphate (G3P), un sucre de 3C. Ce produit final donne naissance au nom C3 fixation du carbone, un alias pour le cycle Calvin-Benson.
Pour fixer six molécules de CO2, le cycle Calvin-Benson réduit 12 molécules NADPH et 18 molécules ATP. Ces sources d’énergie sont réapprovisionnées par les réactions dépendantes de la lumière de la photosynthèse. Les six CO2 sont attachés à six molécules de 5C (RuBP) qui se divisent en 12 molécules de 3C (G3P). Dix de ces molécules G3P régénèrent six molécules de l’accepteur RuBP, pour poursuivre le cycle. Deux molécules de G3P sont converties en un seul glucose. G3P peut également être utilisé pour synthétiser d’autres glucides, acides aminés et lipides.
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