Skip to main content
Global

8.8: התגובות הבלתי תלויות באור של פוטוסינתזה - מחזור קלווין

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    210146

    • Boundless
    • Boundless
    \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)\(\newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)

    מטרות למידה
    • תאר את מחזור קלווין

    מחזור קלווין

    בצמחים, פחמן דו חמצני (CO 2) נכנס לעלים דרך סטומטה, שם הוא מתפזר למרחקים קצרים דרך חללים בין תאיים עד שהוא מגיע לתאי המזופיל. פעם אחת בתאי המזופיל, CO 2 מתפזר לתוך הסטרומה של הכלורופלסט, אתר התגובות הבלתי תלויות באור של פוטוסינתזה. לתגובות אלה יש למעשה כמה שמות הקשורים אליהם. שמות אחרים לתגובות בלתי תלויות באור כוללים את מחזור קלווין, מחזור קלווין-בנסון ותגובות אפלות. השם המיושן ביותר הוא תגובות אפלות, שעלולות להטעות מכיוון שהיא מרמזת באופן שגוי שהתגובה מתרחשת רק בלילה או שאינה תלויה באור, וזו הסיבה שרוב המדענים והמדריכים כבר לא משתמשים בה.

    דמות
    איור\(\PageIndex{1}\): תגובות אור: תגובות תלויות אור רותמות אנרגיה מהשמש לייצור קשרים כימיים, ATP ו- NADPH. מולקולות נושאות אנרגיה אלה מיוצרות בסטרומה שבה מתרחש מחזור קלווין. מחזור קלווין אינו תלוי לחלוטין באור מכיוון שהוא מסתמך על ATP ו- NADH, שהם תוצרים של התגובות התלויות באור.

    ניתן לארגן את התגובות הבלתי תלויות באור של מחזור קלווין לשלושה שלבים בסיסיים: קיבוע, הפחתה והתחדשות.

    שלב 1: קיבוע

    בסטרומה, בנוסף ל- CO 2, קיימים שני מרכיבים נוספים ליזום התגובות הבלתי תלויות באור: אנזים הנקרא ריבולוז ביספוספט קרבוקסילאז (RuBisCO) ושלוש מולקולות של ביספוספט ריבולוז (RuBP). ל- RuBP חמישה אטומי פחמן, ולצדם שני פוספטים. RuBisCO מזרז תגובה בין CO 2 ל- RuBP. עבור כל מולקולת CO 2 המגיבה עם RuBP אחד, נוצרות שתי מולקולות של חומצה 3-פוספוגליצרית (3-PGA). ל- 3-PGA שלושה פחמנים ופוספט אחד. כל סיבוב של המחזור כולל רק RuBP אחד ופחמן דו חמצני אחד ויוצר שתי מולקולות של 3-PGA. מספר אטומי הפחמן נשאר זהה, כאשר האטומים נעים ליצירת קשרים חדשים במהלך התגובות (3 אטומים מ-3CO 2 + 15 אטומים מ-3RuBP = 18 אטומים ב-3 אטומים של 3-PGA). תהליך זה נקרא קיבוע פחמן מכיוון ש- CO 2 "מקובע" מצורה אנאורגנית למולקולות אורגניות.

    דמות
    איור\(\PageIndex{1}\): מחזור קלווין: מחזור קלווין כולל שלושה שלבים. בשלב 1, האנזים RuBisCO משלב פחמן דו חמצני במולקולה אורגנית, 3-PGA. בשלב 2, המולקולה האורגנית מופחתת באמצעות אלקטרונים המסופקים על ידי NADPH. בשלב 3, RuBP, המולקולה שמתחילה את המחזור, מתחדשת כך שהמחזור יכול להימשך. רק מולקולת פחמן דו חמצני אחת משולבת בכל פעם, ולכן יש להשלים את המחזור שלוש פעמים כדי לייצר מולקולת GA3P אחת בעלת שלושה פחמנים, ושש פעמים לייצר מולקולת גלוקוז בעלת שישה פחמנים.

    שלב 2: הפחתה

    ATP ו-NADPH משמשים להמרת שש המולקולות של 3-PGA לשש מולקולות של כימיקל הנקרא גליצראלדהיד 3-פוספט (G3P). זוהי תגובת הפחתה מכיוון שהיא כרוכה ברווח של אלקטרונים על ידי 3-PGA. נזכיר כי הפחתה היא רווח של אלקטרון על ידי אטום או מולקולה. נעשה שימוש בשש מולקולות של ATP וגם של NADPH. עבור ATP, אנרגיה משתחררת עם אובדן אטום הפוספט הסופי, וממירה אותו ל- ADP; עבור NADPH, גם אנרגיה וגם אטום מימן הולכים לאיבוד, והופכים אותו ל- NADP +. שתי המולקולות הללו חוזרות לתגובות תלויות האור הסמוכות לשימוש חוזר ולהפעיל אותן מחדש.

    שלב 3: התחדשות

    בשלב זה, רק אחת ממולקולות G3P עוזבת את מחזור קלווין ונשלחת לציטופלזמה כדי לתרום להיווצרות תרכובות אחרות הדרושות לצמח. מכיוון של- G3P המיוצא מהכלורופלסט יש שלושה אטומי פחמן, נדרשים שלושה "סיבובים" של מחזור קלווין כדי לתקן מספיק פחמן נטו לייצוא G3P אחד. אבל כל סיבוב עושה שני G3Ps, ולכן שלוש סיבובים עושים שישה G3Ps. אחת מיוצאת בעוד חמש מולקולות G3P הנותרות נשארות במחזור ומשמשות לחידוש RuBP, מה שמאפשר למערכת להתכונן לתיקון נוסף של CO 2. שלוש מולקולות נוספות של ATP משמשות בתגובות התחדשות אלה.

    נקודות מפתח

    • מחזור קלווין מתייחס לתגובות הבלתי תלויות באור בפוטוסינתזה המתרחשות בשלושה שלבים מרכזיים.
    • למרות שמחזור קלווין אינו תלוי ישירות באור, הוא תלוי בעקיפין באור מכיוון שנושאי האנרגיה הדרושים (ATP ו- NADPH) הם תוצרים של תגובות תלויות אור.
    • בקיבוע, השלב הראשון של מחזור קלווין, מתחילות תגובות בלתי תלויות באור; CO2 קבוע ממולקולה אורגנית.
    • בשלב השני, ATP ו- NADPH משמשים להפחתת 3-PGA ל- G3P; ואז ATP ו- NADPH מומרים ל- ADP ו- NADP +, בהתאמה.
    • בשלב האחרון של מחזור קלווין, RuBP מתחדש, המאפשר למערכת להתכונן לתיקון נוסף של CO 2.

    מונחי מפתח

    • תגובה בלתי תלויה באור: תגובות כימיות במהלך הפוטוסינתזה הממירות פחמן דו חמצני ותרכובות אחרות לגלוקוז, המתרחשות בסטרומה
    • רוביסקו: (ribulose bisphosphate carboxylase) אנזים צמחי המזרז את קיבוע הפחמן הדו חמצני האטמוספרי במהלך הפוטוסינתזה על ידי זרז התגובה בין פחמן דו חמצני ל- RuBP
    • ביספוספט ריבולוז: חומר אורגני המעורב בפוטוסינתזה, מגיב עם פחמן דו חמצני ליצירת 3-PGA