Цикл Кальвина: места реакций и происхождение (5 видео)

Цикл Кальвина – это химическая реакция, которая протекает в хлоропластах растительных клеток. Этот процесс является частью фотосинтеза, в ходе которого солнечная энергия превращается в химическую энергию.

Место, где происходит реакция цикла Кальвина, находится в строме хлоропласта – жидкой среде, окружающей тильдакоидные мембраны. В строме содержатся все необходимые компоненты и ферменты, необходимые для протекания реакции цикла Кальвина.

Цикл Кальвина состоит из нескольких этапов, каждый из которых происходит в определенной части стромы. На первом этапе происходит фиксация углекислого газа, который с помощью фермента рибулозобисфосфаткарбоксилазы/кислородазы (RUBISCO) превращается в более сложный соединительный комплекс. Далее следует регенерация субстрата – рибулозобисфосфата, которая происходит с помощью нескольких ферментов.

Цикл Кальвина является одним из ключевых процессов, обеспечивающих жизнь на Земле. Благодаря этой реакции, зеленые растения поглощают углекислый газ из атмосферы и выделяют кислород, создавая важное условие для существования других организмов. Знание о местах и процессе реакции цикла Кальвина помогает нам лучше понять и оценить уникальные возможности растений в сфере фотосинтеза.

Содержание

Механизм работы цикла Кальвина
Фотохимическая реакция
Биохимическая реакция
Регенерация ацетонового фосфата (РФА)
Места, где происходит реакция
Хлоропласты
Строма хлоропластов
📽️ Видео

Видео:Фотосинтез: цикл Кальвина (видео 5)| Фотосинтез | БиологияСкачать

Механизм работы цикла Кальвина

Первым этапом цикла является фиксация углекислого газа. В этом процессе две молекулы углекислого газа соединяются с молекулой рибулозо-1,5-бифосфата. Результатом данной реакции является образование шестиуглеродной молекулы, которая далее распадается на две молекулы 3-глицеринового фосфата.

Во втором этапе происходит превращение 3-глицеринового фосфата в глицин и грицилетовую кислоту. На этом этапе требуется энергия, полученная в результате расщепления молекулы АТФ на АДФ и фосфат. Этот процесс называется фосфорилированием.

Третий этап цикла Кальвина является регенерацией ацетонового фосфата (РФА). Грицилетовая кислота превращается в реакции в РФА, далее РФА возвращается в исходное состояние и может быть использовано в следующих циклах фотосинтеза.

В результате всех этапов цикла Кальвина происходит фиксация углекислого газа и образование органических соединений, таких как глюкоза. Эти органические соединения являются основой для синтеза биологически активных веществ и важны для поддержания жизни на Земле.

Этап цикла Кальвина	Основные реакции
Фиксация углекислого газа	CO2 + Рибулозо-1,5-бифосфат → 2 молекулы 3-глицеринового фосфата
Превращение 3-глицеринового фосфата в глицин и грицилетовую кислоту	3-глицериновый фосфат + НАДРН + НАДРН → глицин + грицилетовая кислота
Регенерация ацетонового фосфата	грицилетовая кислота → РФА → РФА + АТФ → РФА

Цикл Кальвина происходит в хлоропластах растительных клеток, конкретнее, в строме хлоропластов. Именно здесь происходят реакции, необходимые для фотосинтеза и обеспечения жизнедеятельности растений. Хлоропласты поглощают световую энергию и используют ее для превращения углекислого газа в органические соединения.

Фотохимическая реакция

В ходе фотохимической реакции осуществляется поглощение световой энергии хлорофиллом. Эта энергия превращается в химическую и используется для реагирования временного носителя энергии – аденозинтрифосфата (АТФ), а также для образования носителя энергии – никотинамидадениндинуклеотидафосфата (НАДФН2). При этом, из воды освобождается кислород.

В результате фотохимической реакции образуются два вещества: АТФ и НАДФН2, которые затем будут использованы в следующих этапах цикла Кальвина. АТФ является основным источником энергии для всех клеточных процессов, а НАДФН2 будет использоваться в биохимической реакции, происходящей в строме хлоропластов.

Биохимическая реакция

Эта реакция происходит в хлоропластах, где захваченный углекислый газ истощается и превращается в органические соединения при помощи фермента рибулозобисфосфаткарбоксилазо.

Рибулозобисфосфаткарбоксилаза (РуБисКо) способствует карбоксилированию рибулозо-5-фосфата, который является пятиуглеродным соединением, с помощью углекислого газа. Карбоксилированный рибулозо-1,5-бисфосфат затем разлагается на две молекулы 3-фосфоглицеринового альдегида (3-ФГА).

Дальнейший этап цикла Кальвина предусматривает превращение 3-ФГА в глицин и синтез глюкозы. Этот процесс требует энергии, которая поступает от АТФ и НАДФН, полученных в результате фотохимической реакции, происходящей во время световой фазы фотосинтеза.

Окончательный этап биохимической реакции включает регенерацию ацетонового фосфата (РФА), которая осуществляется при помощи комплексного фермента Фосфорибулозокиназа/Седохезоизомераза. Это важный шаг, так как РФА используется для дальнейшей фиксации углекислого газа и биосинтеза органических соединений в Цикле Кальвина.

Коэффициент соединения	Название соединения
6	Соединение углекисла
5	Рибулозо-5-фосфат
6	3-фосфоглицериновый альдегид
2	Глицин
1	Глюкоза
6	Регенерированный ацетоновый фосфат

Таким образом, биохимическая реакция Цикла Кальвина сначала превращает углекислый газ в органические соединения, затем использует эти соединения для синтеза глюкозы и других молекул, необходимых для растения. Реакция требует энергии, полученной в результате фотохимической реакции, и выполняется в хлоропластах растительных клеток.

Регенерация ацетонового фосфата (РФА)

Регенерация РФА осуществляется через серию сложных химических превращений, включающих перекисное окисление глицеринового альдегида-3-фосфата (ГА3Ф) и последующее образование 3-фосфоглицеринового альдегида (3-ФГА). Затем 3-ФГА превращается в глицериновый альдегид-3-фосфат (ГА3Ф) с помощью фермента .

Затем ГА3Ф реагирует с рибулозофосфатом (Рул5Ф) под воздействием других ферментов, образуя ацетоновый фосфат (АФП) и ксилулозо-5-фосфат (Кс5Ф). Ацетоновый фосфат затем используется в следующем этапе цикла Кальвина, а Кс5Ф реагирует с АТФ и углекислым газом, образуя рибулозо-1,5-бисфосфат (РуБП), который является исходным веществом для фотохимической реакции.

Регенерация ацетонового фосфата позволяет поддерживать постоянный оборот РуБП в цикле Кальвина, что обеспечивает продолжительность процесса фотосинтеза и синтез органических соединений в растениях.

Видео:Гладилин А.К. - Биохимия - 17. Реакции ассимиляции. Цикл КальвинаСкачать

Места, где происходит реакция

Хлоропласты содержат зеленый пигмент – хлорофилл, который поглощает энергию света. В хлоропластах находится жидкость, называемая стромой, в которой происходит большинство реакций цикла Кальвина.

Строма содержит все необходимые реактивы для фотохимической и биохимической частей цикла. Здесь происходит восстановление диоксида углерода и его превращение в органические соединения, такие как глюкоза.

Хлоропласты распределены по всей зеленой массе растения, но особенно много их находится в листьях. Листья представляют собой главный орган, где происходит фотосинтез. Зеленый цвет листьев обусловлен наличием большого количества хлорофилла, что позволяет им эффективно поглощать свет для превращения его в энергию.

Кроме листьев, хлоропласты также присутствуют в других зеленых органах растений, таких как стебли и побеги. Наличие хлоропластов в разных частях растения гарантирует, что фотосинтез может происходить по всему растению, а не только в листьях.

Таким образом, места, где происходит реакция цикла Кальвина, являются хлоропласты, особенно строма этих органелл, которая обеспечивает все необходимые условия для проведения фотохимической и биохимической реакций.

Хлоропласты

Строение хлоропластов включает в себя две основные мембраны — внешнюю и внутреннюю. Внутрихлоропластное пространство, называемое стромой, содержит ферменты и структуры, необходимые для процесса фотосинтеза.

Фотосинтез начинается в хлоропластах с фотохимической реакции, в процессе которой световая энергия поглощается хлорофиллом и преобразуется в химическую энергию. Энергия затем используется для преобразования углекислого газа и воды в глюкозу.

После фотохимической реакции начинается биохимическая реакция цикла Кальвина, в которой происходит фиксация углерода и синтез органического вещества. Эта реакция происходит в строме хлоропластов и завершается регенерацией ацетонового фосфата (РФА), который используется в следующем цикле фотосинтеза.

Хлоропласты имеют важное значение для выживаемости растений, так как они обеспечивают синтез органических молекул, необходимых для роста и развития. Они также играют роль в регуляции уровня кислорода и углекислого газа в атмосфере, что важно для поддержания климата на Земле.

В целом, хлоропласты представляют собой фундаментальную составляющую фотосинтеза и играют важную роль в биологии растений.

Строма хлоропластов

Цикл Кальвина, или дальнейшие этапы фотосинтеза, происходит в строме хлоропластов и заключается в превращении углекислого газа и других веществ в органические молекулы, такие как глюкоза. Этот процесс выполняется с использованием энергии, полученной из света, поглощенного хлорофиллом.

Строма также играет важную роль в регенерации ацетонфосфата (РФА), который является ключевым промежуточным продуктом в цикле Кальвина. РФА образуется в результате фотохимической реакции будучи фосфорилированным. В строме происходит серия реакций, которые превращают РФА обратно в рибулозобисфосфат, продукт, необходимый для дальнейшего выполнения цикла Кальвина.

Органеллы, находящиеся в строме хлоропластов:
Граны
Тилакоиды
Рибосомы

В целом, строма является важной средой, в которой происходят ключевые процессы фотосинтеза. Она обеспечивает необходимые условия для цикла Кальвина и регенерации РФА, что позволяет растениям синтезировать необходимые органические молекулы и обеспечивает их выживаемость и рост.