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卡尔文循环(碳固定)

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

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
– Biochemistry

类型

Biochemical Process

中断

基础

使用方法

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
  • 从光依赖反应理解 ATP 和 NADPH
  • f.f. blackman’s law of limiting factors, suggesting a two-stage process

应用

  • 农作物基因工程提高 RuBisCO 效率
  • 了解全球碳循环
  • 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

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