If you're seeing this message, it means we're having trouble loading external resources on our website.

Ha webszűrőt használsz, győződj meg róla, hogy a *.kastatic.org és a *.kasandbox.org nincsenek blokkolva.

Fő tartalom

A Calvin-ciklus

Hogyan segíti a fényszakaszban termelődő ATP és NADPH a szén beépülését cukrokba a fotoszintézis második szakaszában?

Bevezetés

Mint minden földi élőlény, te magad is egy szénalapú életforma képviselője vagy. Más szóval csodálatra méltó tested összetett molekuláit szénláncok alkotják. Talán eddig is tudtad, hogy a létezésed szénalapú, de gondolkoztál-e már azon, hogy honnan származik ez a sok szén?
A testedet alkotó szénatomok egykor bizony a levegő szén-dioxid (CO2) molekuláit alkották. A szénatomok a fotoszintézis második folyamatának köszönhetően kerülnek be a te testedbe és más élőlényekbe. Ezt a folyamatot Calvin-ciklusnak (vagy fénytől független reakcióknak) nevezzük.

A Calvin-ciklus áttekintése

A gázcserenyílásokon át bejutó szén-dioxid (CO2) a növényi levelek belsejében a zöld színtestek sztrómájába (alapállományába) kerül. Itt zajlanak a cukrokat termelő Calvin-ciklus reakciói. E reakciókat fénytől független reakcióknak is nevezzük, mert közvetlenül nem igényelnek fényt.
A Calvin-ciklusban a CO2 szénatomjai szerves molekulákba beépülve (fixálódva) háromszénatomos cukrokká alakulnak át. Ez a folyamat a fényszakaszból származó ATP és NADPH segítségével válik lehetővé. A tilakoidmembránban zajló fényszakasszal szemben a Calvin-ciklus a sztrómában megy végbe.
A fényszakaszban létrejött ATP és NADPH felhasználásával a Calvin-ciklusban cukor keletkezik.
Kép forrása: A Calvin-ciklus, 1. ábra; OpenStax College, Concepts of Biology CC BY 4.0

A Calvin-ciklus lépései

A Calvin-ciklus reakciói három fő szakaszra oszthatók: a szén megkötése (fixációja), redukciója és a kiindulási molekula újraképződése (regenerációja).
Az alábbi ábrán látható a ciklus vázlata:
A Calvin-ciklus ábráján látható, hogy három szén-dioxid molekula megkötése nyomán hogyan keletkezik egy G3P molekula (ami lehetővé teszi, hogy egy G3P molekula kilépjen a ciklusból).
3 CO2 molekula kapcsolódik össze három ötszénatomos akceptor molekulával (RuBP), így keletkezik három instabil hatszénatomos termék, amelyek széthasadása nyomán hat darab háromszénatomos molekula (3-PGA) keletkezik. Ezt a reakciót a Rubisco enzim katalizálja.
A második szakaszban a hat darab 3-PGA molekula hat darab háromszénatomos cukorrá (G3P) alakul át hat ATP és hat NADPH felhasználásával. Ekkor redukció történik, hiszen G3P keletkezéséhez a NADPH-nak elektronokat kell átadnia a háromszénatomos köztes terméknek.
  1. Regeneráció. Egy G3P molekula kilép a ciklusból, és glükózba épül be, míg a többi újrahasznosul a RuBP akceptor regenerációja során. Az ATP-igényes regeneráció szövevényes reakciók sorozatán át megy végbe.
  1. A szén megkötése. A CO2 molekulát egy ötszénatomos molekula, a ribulóz-1,5-bifoszfát (RuBP) veszi fel. (A felvevő molekulát akceptornak nevezzük.) Ebben a lépésben egy hatszénatomos molekula keletkezik, amely szétesik két háromszénatomos molekulára, glicerinsav-3-foszfátra (3-PGA). Ezt a reakciót a RuBP karboxiláz/oxigenáz enzim, a Rubisco katalizálja.
  2. Redukció. A második szakaszban a 3-PGA molekulákból ATP és NADPH felhasználásával háromszénatomos cukor, glicerinaldehid-3-foszfát (G3P) keletkezik. A szakasz neve arra utal, hogya NADPH elektronátadással redukálja a háromszénatomos köztes terméket G3P molekulává.
  3. Regeneráció. A G3P molekulák egy része glükózzá alakul át, míg a többi újrahasznosul a RuBP akceptor regenerációja során. A regeneráció ATP-igényes, szövevényes reakcióút, amit egykori biológiatanárom „szénhidrát dzsumbujnak” nevezett.1
Ahhoz, hogy egy G3P molekula kilépjen a ciklusból, (és cukorrá alakuljon át), három CO2 molekulának kell belépnie a ciklusba, így három új szénatom kötődik meg. A három CO2 molekula belépésével hat G3P molekula keletkezik. Egyik a ciklusból kilépve beépül egy glükózmolekulába, míg a másik öt újrahasznosításával három RuBP akceptor képződik újjá.

A Calvin-ciklus résztvevői és termékei

A Calvin-ciklus három fordulatot tesz, mire keletkezik egy G3P molekula, amely kiléphet a körből, és glükózba épülhet bele. Foglaljuk össze a belépő és kilépő anyagok mennyiségét egy G3P molekula keletkezése során! A Calvin-ciklus három fordulata alatt az alábbi változások történnek:
  • Szén. 3 CO2-molekula kötődik meg 3 RuBP akceptoron, ezzel 6 molekula glicerinaldehid-3-foszfát (G3P) keletkezik.
    • 1 G3P molekula kilép a ciklusból, és glükózzá alakul át.
    • 5 G3P molekula felhasználásával újraképződik 3 RuBP akceptor.
  • ATP. 9 ATP alakul át 9 ADP-vé (6 a redukció alatt, 3 a regeneráció során).
  • NADPH. 6 NADPH alakul át 6 NADP+-vá (a redukció során).
Egy G3P molekula három megkötött szénatomot tartalmaz, tehát két G3P szükséges egy hatszénatomos glükóz felépítéséhez. Egy glükózmolekula előállítása során a ciklus hat fordulatot tesz meg, ehhez 6 CO2, 18 ATP és 12 NADPH szükséges.

Szeretnél részt venni a beszélgetésben?

Még nincs hozzászólás.
Tudsz angolul? Kattints ide, ha meg szeretnéd nézni, milyen beszélgetések folynak a Khan Academy angol nyelvű oldalán.