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केल्विन चक्र (कार्बन स्थिरीकरण)

1950
  • Melvin Calvin
  • Andrew Benson
  • James Bassham
Biochemist studying the Calvin Cycle and RuBisCO enzyme in a laboratory.

(यह छवि केवल उदाहरण के लिए बनाई गई है)

The Calvin cycle, or light-independent reactions, uses the ATP and NADPH produced during the light-dependent stage to convert inorganic carbon dioxide into organic sugar molecules. This process occurs in the stroma of the chloroplast. The key enzyme, RuBisCO, catalyzes the first step: the fixation of [latex]CO_2[/latex] into an organic molecule, initiating a cycle that produces carbohydrates.

केल्विन चक्र तीन मुख्य चरणों में संपन्न होता है। पहला चरण कार्बन स्थिरीकरण है, जिसमें एंजाइम RuBisCO, राइबुलोज-1,5-बिसफॉस्फेट (RuBP) नामक पांच कार्बन वाले शर्करा से CO2 का एक अणु जोड़ता है। इससे एक अस्थिर छह कार्बन वाला मध्यवर्ती यौगिक बनता है जो तुरंत तीन कार्बन वाले यौगिक, 3-फॉस्फोग्लिसरेट (3-PGA) के दो अणुओं में विभाजित हो जाता है।

दूसरा चरण अपचयन है। एटीपी से ऊर्जा और एनएडीपीएच से अपचायक शक्ति (दोनों प्रकाश अभिक्रियाओं द्वारा प्रदत्त) का उपयोग करते हुए, 3-पीजीए अणु तीन कार्बन शर्करा, ग्लिसराल्डिहाइड-3-फॉस्फेट (जी3पी) में परिवर्तित हो जाते हैं। यह एक ऊर्जा-गहन चरण है जो प्रकाश ऊर्जा को रासायनिक बंधों में प्रभावी रूप से संग्रहित करता है।

तीसरा चरण पुनर्जनन है। उत्पादित प्रत्येक छह जी3पी अणुओं में से एक चक्र से बाहर निकल जाता है, जिसका उपयोग पौधा ग्लूकोज और अन्य कार्बनिक अणुओं के संश्लेषण के लिए करता है। शेष पांच जी3पी अणु, अतिरिक्त एटीपी के साथ, चक्र की शुरुआत करने वाले तीन रयूबीपी अणुओं के पुनर्जनन में उपयोग किए जाते हैं। यह सुनिश्चित करता है कि प्रक्रिया सतत है और अधिक कार्बन डाइऑक्साइड को स्थिर करने के लिए तैयार है।

UNESCO Nomenclature: 2402
जैव रसायन विज्ञान

Type

जैव रासायनिक प्रक्रिया

व्यवधान

मूलभूत

उपयोग

व्यापक उपयोग

शगुन

  • मार्टिन कामेन और सैम रुबेन द्वारा रेडियोधर्मी कार्बन-14 की खोज की गई, जिसका उपयोग ट्रेसर के रूप में किया गया था।
  • आर्चर मार्टिन और रिचर्ड सिंज द्वारा पेपर क्रोमैटोग्राफी का विकास
  • understanding of ATP and NADPH from the light-dependent reactions
  • एफएफ ब्लैकमैन का सीमित कारकों का नियम, जो दो-चरणीय प्रक्रिया का सुझाव देता है

आवेदन

  • रुबिस्को की दक्षता में सुधार के लिए फसलों की आनुवंशिक इंजीनियरिंग
  • understanding the global carbon cycle
  • फसल की पैदावार बढ़ाने के लिए रणनीतियाँ विकसित करना
  • वायुमंडल में CO2 की बढ़ी हुई मात्रा के प्रति पौधों की प्रतिक्रियाओं का मॉडलिंग करना

पेटेंट:

NA

संभावित नवाचार विचार

  • RuBisCO की अक्षमताओं को दूर करने के लिए सिंथेटिक जैविक मार्ग
  • संशोधित केल्विन चक्र का उपयोग करके CO2 को जैव ईंधन में परिवर्तित करने के लिए जीवाणुओं का इंजीनियरिंग करना।
  • development of crops with C4 photosynthetic pathways in C3 plants like rice
  • रोगजनक प्रकाश संश्लेषक जीवों में चयापचय मार्गों को लक्षित करने वाली दवाएँ
  • केल्विन चक्र गतिकी के आधार पर फसल वृद्धि का मॉडलिंग करने वाला सॉफ्टवेयर
  • स्थिर RuBisCO का उपयोग करके कार्बन-कैप्चर प्रौद्योगिकियों का निर्माण करना
  • केवल शर्करा के बजाय मूल्यवान औद्योगिक यौगिकों का उत्पादन करने के लिए संयंत्रों का इंजीनियरिंग करना
  • स्थलीय कार्बन सिंक के अधिक सटीक प्रतिनिधित्व वाले जलवायु मॉडल विकसित करना
  • पौधों की वृद्धि को बढ़ावा देने के लिए RuBisCO के रासायनिक सक्रियकों की स्क्रीनिंग
  • कृत्रिम कोशिका-समान प्रणालियाँ बनाना जो संपूर्ण केल्विन चक्र को इन विट्रो में निष्पादित करती हैं
संबंधित विषय: केल्विन चक्र, प्रकाश-स्वतंत्र अभिक्रियाएं, कार्बन स्थिरीकरण, RuBisCO, स्ट्रोमा, एटीपी, एनएडीपीएच, जी3पी, राइबुलोज-1,5-बिसफॉस्फेट, कार्बन चक्र।

ऐतिहासिक संदर्भ

केल्विन चक्र (कार्बन स्थिरीकरण)

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

(यदि तिथि अज्ञात है या प्रासंगिक नहीं है, उदाहरण के लिए "द्रव यांत्रिकी", तो इसके उल्लेखनीय उद्भव का एक अनुमानित आंकड़ा प्रदान किया गया है)

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