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卡尔文循环(碳固定)

1950
  • Melvin Calvin
  • Andrew Benson
  • James Bassham
在实验室研究卡尔文循环和 RuBisCO 酶的生物化学家。.

(图片仅供参考)

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.

卡尔文循环主要分为三个阶段。首先是碳固定,其中酶 RuBisCO 将一个二氧化碳分子连接到一个五碳糖——核酮糖-1,5-二磷酸 (RuBP) 上。这会产生一个不稳定的六碳中间体,该中间体会立即分裂成两个三碳化合物分子——3-磷酸甘油酸 (3-PGA)。

第二阶段是还原。利用来自ATP的能量和来自NADPH的还原能(均由光反应提供),3-PGA分子转化为三碳糖——3-磷酸甘油醛(G3P)。这是一个能量密集型步骤,可以有效地将光能储存在化学键中。

第三阶段是再生。每产生六个G3P分子,就会有一个离开循环,被植物用来合成葡萄糖和其他有机分子。另外五个G3P分子以及更多的ATP,被用来再生启动循环的三个RuBP分子。这确保了该过程的可持续性,并为固定更多二氧化碳做好准备。

UNESCO Nomenclature: 2402
- 生物化学

类型

生化过程

中断

基础

用法

广泛使用

前体

  • 马丁·卡门和萨姆·鲁本发现放射性碳-14,并将其用作示踪剂
  • 阿彻·马丁和理查德·辛格发明的纸色谱法
  • understanding of ATP and NADPH from the light-dependent reactions
  • F.F.布莱克曼的限制因素定律,提出了一个两阶段的过程

应用程序

  • 农作物基因工程提高 RuBisCO 效率
  • understanding the global carbon cycle
  • 制定提高作物产量的策略
  • 模拟植物对大气中二氧化碳升高的反应

专利:

NA

潜在创新理念

  • 绕过 RuBisCO 低效性的合成生物途径
  • 利用改良的卡尔文循环改造细菌,将二氧化碳转化为生物燃料
  • development of crops with C4 photosynthetic pathways in C3 plants like rice
  • 针对致病光合生物代谢途径的药物
  • 基于卡尔文循环动力学的作物生长建模软件
  • 利用固定化 RuBisCO 创建碳捕获技术
  • 改造植物,使其生产有价值的工业化合物,而不仅仅是糖
  • 开发更准确地表示陆地碳汇的气候模型
  • 筛选 RuBisCO 的化学激活剂来促进植物生长
  • 创建在体外执行整个卡尔文循环的人工细胞样系统
相关内容卡尔文循环、不依赖光的反应、碳固定、RuBisCO、基质、ATP、NADPH、G3P、核酮糖-1,5-二磷酸、碳循环.

历史背景

卡尔文循环(碳固定)

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

(如果日期未知或不相关,例如“流体力学”,则提供其显著出现的近似估计)

第十年 周年纪念日

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