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カルビン回路(炭素固定)

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

(画像はイメージです)

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.

カルビン回路は主に3つの段階を経て進行する。最初の段階は炭素固定であり、酵素RuBisCOが5炭糖であるリブロース-1,5-ビスリン酸(RuBP)にCO2分子を結合させる。これにより不安定な6炭素中間体が生成され、それがすぐに2分子の3炭素化合物である3-ホスホグリセリン酸(3-PGA)に分解される。

第2段階は還元反応です。ATPからのエネルギーとNADPHからの還元力(いずれも光反応によって供給される)を用いて、3-PGA分子は3炭糖であるグリセルアルデヒド-3-リン酸(G3P)に変換されます。これはエネルギーを大量に消費する段階であり、光エネルギーを化学結合に効果的に蓄えます。

第3段階は再生です。生成された6分子のG3Pのうち、1分子はサイクルから離脱し、植物によってグルコースやその他の有機分子の合成に利用されます。残りの5分子のG3Pは、さらにATPとともに、サイクル開始時に使用した3分子のRuBPを再生するために使用されます。これにより、プロセスが持続可能となり、より多くのCO2を固定できるようになります。

UNESCO Nomenclature: 2402
生化学

タイプ

生化学的プロセス

混乱

基礎

使用法

広く普及している

前駆物質

  • マーティン・カメンとサム・ルーベンによる放射性炭素14の発見。これはトレーサーとして使用された。
  • development of paper chromatography by archer martin and richard synge
  • understanding of ATP and NADPH from the light-dependent reactions
  • ブラックマンの制限要因の法則は、2段階のプロセスを示唆している。

アプリケーション

  • RuBisCO効率を向上させるための作物の遺伝子工学
  • understanding the global carbon cycle
  • 作物の収穫量を増やすための戦略を策定する
  • 大気中の二酸化炭素濃度上昇に対する植物の反応のモデリング

特許:

NA

潜在的なイノベーションのアイデア

  • synthetic biological pathways to bypass the inefficiencies of RuBisCO
  • engineering bacteria to convert CO2 into biofuels using a modified calvin cycle
  • development of crops with C4 photosynthetic pathways in C3 plants like rice
  • pharmaceuticals targeting metabolic pathways in pathogenic photosynthetic organisms
  • software for modeling crop growth based on calvin cycle kinetics
  • creating carbon-capture technologies using immobilized RuBisCO
  • engineering plants to produce valuable industrial compounds instead of just sugars
  • developing climate models with more accurate representations of terrestrial carbon sinks
  • screening for chemical activators of RuBisCO to boost plant growth
  • creating artificial cell-like systems that perform the entire calvin cycle in vitro
関連キーワード:カルビン回路、光非依存性反応、炭素固定、RuBisCO、ストロマ、ATP、NADPH、G3P、リブロース-1,5-ビスリン酸、炭素循環。

歴史的背景

カルビン回路(炭素固定)

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

(日付が不明または関連性がない場合、例えば「流体力学」などでは、その注目すべき出現時期の概算値が提示されます。)

10年目 周年

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