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Der Calvin-Zyklus (Kohlenstofffixierung)

1950
  • Melvin Calvin
  • Andrew Benson
  • James Bassham
Biochemiker, der den Calvin-Zyklus und das Enzym RuBisCO in einem Labor untersucht.

(Abbildung dient nur zur Veranschaulichung)

Der Calvin-Zyklus, d. h. die lichtunabhängigen Reaktionen, nutzt das ATP und NADPH, die in der lichtabhängigen Phase erzeugt werden, um anorganisches Kohlendioxid in organische Zuckermoleküle umzuwandeln. Dieser Prozess findet im Stroma des Chloroplasten statt. Das Schlüsselenzym RuBisCO katalysiert den ersten Schritt: die Umwandlung von [latex]CO_2[/latex] in ein organisches Molekül, wodurch ein Zyklus zur Erzeugung von Kohlenhydraten in Gang gesetzt wird.

Der Calvin-Zyklus verläuft in drei Hauptphasen. Die erste ist die Kohlenstofffixierung, bei der das Enzym RuBisCO ein CO2-Molekül an einen Fünf-Kohlenstoff-Zucker, Ribulose-1,5-bisphosphat (RuBP), bindet. Dadurch entsteht ein instabiles Sechs-Kohlenstoff-Zwischenprodukt, das sofort in zwei Moleküle einer Drei-Kohlenstoff-Verbindung, 3-Phosphoglycerat (3-PGA), gespalten wird.

Der zweite Schritt ist die Reduktion. Mithilfe der Energie aus ATP und der Reduktionskraft aus NADPH (beides durch die Lichtreaktionen bereitgestellt) werden die 3-PGA-Moleküle in einen Drei-Kohlenstoff-Zucker, Glycerinaldehyd-3-phosphat (G3P), umgewandelt. Dies ist ein energieintensiver Schritt, bei dem die Lichtenergie effektiv in chemischen Bindungen gespeichert wird.

Die dritte Phase ist die Regeneration. Von jeweils sechs produzierten G3P-Molekülen verlässt eines den Zyklus und wird von der Pflanze zur Synthese von Glukose und anderen organischen Molekülen verwendet. Die anderen fünf G3P-Moleküle werden zusammen mit weiterem ATP zur Regeneration der drei RuBP-Moleküle verwendet, die den Zyklus begonnen haben. Dies stellt sicher, dass der Prozess nachhaltig ist und weiteres CO2 binden kann.

UNESCO Nomenclature: 2402
- Biochemie

Typ

Biochemischer Prozess

Störung

Grundlegendes

Verwendung

Weitverbreitete Verwendung

Vorläufer

  • Entdeckung des radioaktiven Kohlenstoff-14 durch Martin Kamen und Sam Ruben, der als Tracer verwendet wurde
  • Entwicklung der Papierchromatographie durch Archer Martin und Richard Synge
  • Verständnis von ATP und NADPH aus den lichtabhängigen Reaktionen
  • f.f. blackmans gesetz der begrenzenden faktoren, das auf einen zweistufigen prozess hindeutet

Anwendungen

  • Gentechnik von Nutzpflanzen zur Verbesserung der RuBisCO-Effizienz
  • den globalen Kohlenstoffkreislauf verstehen
  • Entwicklung von Strategien zur Steigerung der Ernteerträge
  • Modellierung der Reaktionen von Pflanzen auf erhöhte CO2-Konzentrationen in der Atmosphäre

Patente:

NA

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Verwandt mit: Calvin-Zyklus, lichtunabhängige Reaktionen, Kohlenstofffixierung, RuBisCO, Stroma, ATP, NADPH, G3P, Ribulose-1,5-Bisphosphat, Kohlenstoffzyklus.

Historischer Kontext

Der Calvin-Zyklus (Kohlenstofffixierung)

1930
1940
1950
1950
1954
1960
1967
1930
1930
1940
1950
1951
1958
1960
1970

(wenn das Datum unbekannt oder nicht relevant ist, z. B. „Strömungsmechanik“, wird eine gerundete Schätzung seines bemerkenswerten Auftretens bereitgestellt)

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