5.3: Mzunguko wa Calvin
- Page ID
- 174223
Baada ya nishati kutoka jua kugeuzwa na vifurushi kuwa ATP na NADPH, kiini kina mafuta yanayotakiwa kujenga chakula kwa namna ya molekuli za kabohaidreti. Molekuli za kabohaidreti zilizofanywa zitakuwa na mgongo wa atomi za kaboni. Je, kaboni hutoka wapi? Atomi za kaboni zinazotumiwa kujenga molekuli za kaboni zinatokana na dioksidi kaboni, gesi ambayo wanyama huchochea kwa kila pumzi. Mzunguko wa Calvin ni neno linalotumiwa kwa athari za usanisinuru unaotumia nishati iliyohifadhiwa na athari za kutegemea mwanga ili kuunda glucose na molekuli nyingine za kabohaidreti.
Interworkings ya Calvin Cycle
Katika mimea, dioksidi kaboni (CO 2) inaingia kloroplast kupitia stomata na huenea katika stroma ya kloroplasti-tovuti ya athari za mzunguko wa Calvin ambapo sukari hutengenezwa. Athari huitwa jina la mwanasayansi ambaye aligundua, na kutaja ukweli kwamba athari hufanya kazi kama mzunguko. Wengine wanaiita mzunguko wa Calvin-Benson kuingiza jina la mwanasayansi mwingine aliyehusika katika ugunduzi wake (Kielelezo\(\PageIndex{1}\)).
Athari ya mzunguko wa Calvin (Kielelezo\(\PageIndex{2}\)) inaweza kupangwa katika hatua tatu za msingi: fixation, kupunguza, na kuzaliwa upya. Katika stroma, pamoja na CO 2, kemikali nyingine mbili zipo kuanzisha mzunguko wa Calvin: Rubisco iliyofupishwa enzyme, na ribulose bisphosphate ya molekuli (RubP). RubP ina atomi tano za kaboni na kundi la phosphate kila mwisho.
Rubisco huchochea mmenyuko kati ya CO 2 na RubP, ambayo huunda kiwanja cha kaboni sita ambacho hubadilishwa mara moja kuwa misombo miwili ya kaboni. Utaratibu huu huitwa fixation kaboni, kwa sababu CO 2 ni “fasta” kutoka fomu yake isokaboni kuwa molekuli za kikaboni.
ATP na NADPH hutumia nishati zao zilizohifadhiwa ili kubadilisha kiwanja cha kaboni tatu, 3-PGA, kuwa kiwanja kingine cha kaboni tatu kinachoitwa G3P. Aina hii ya mmenyuko inaitwa mmenyuko wa kupunguza, kwa sababu inahusisha faida ya elektroni. Kupunguza ni faida ya elektroni kwa atomu au molekuli. Molekuli ya ADP na NAD +, kutokana na mmenyuko wa kupunguza, kurudi kwenye athari za kutegemea mwanga ili kuzidi tena.
Moja ya molekuli za G3P huacha mzunguko wa Calvin kuchangia kuundwa kwa molekuli ya kabohaidreti, ambayo ni kawaida ya glucose (C 6 H 12 O 6). Kwa sababu molekuli ya kaboni ina atomi sita za kaboni, inachukua zamu sita za mzunguko wa Calvin kutengeneza molekuli moja ya kaboni (moja kwa kila molekuli ya dioksidi kaboni iliyowekwa). Molekuli iliyobaki ya G3P hurejesha upya RubP, ambayo inawezesha mfumo kujiandaa kwa hatua ya kurekebisha kaboni. ATP pia hutumiwa katika kuzaliwa upya kwa RubP.
Kwa muhtasari, inachukua zamu sita za mzunguko wa Calvin kurekebisha atomi sita za kaboni kutoka CO 2. Zamu hizi sita zinahitaji pembejeo ya nishati kutoka molekuli 12 za ATP na molekuli 12 za NADPH katika hatua ya kupunguza na molekuli 6 za ATP katika hatua ya kuzaliwa upya.
DHANA KATIKA HATUA
Yafuatayo ni kiungo kwa uhuishaji wa mzunguko wa Calvin. Bonyeza Hatua ya 1, Hatua ya 2, na kisha Hatua ya 3 ili kuona G3P na ATP upya ili kuunda RubP.
EVOLUTION KATIKA ACTION: usanisinuru
Historia ya mabadiliko ya pamoja ya viumbe vyote vya photosynthetic inaonekana, kama mchakato wa msingi umebadilika kidogo zaidi ya muda. Hata kati ya majani makubwa ya kitropiki katika msitu wa mvua na cyanobacteria vidogo, mchakato na vipengele vya usanisinuru ambao hutumia maji kama wafadhili wa elektroni hubakia kwa kiasi kikubwa sawa. Photosystems hufanya kazi ya kunyonya mwanga na kutumia minyororo ya usafiri wa elektroni kubadili nishati. Athari za mzunguko wa Calvin hukusanya molekuli za kaboni na nishati hii.
Hata hivyo, kama ilivyo kwa njia zote za biochemical, hali mbalimbali husababisha mabadiliko mbalimbali yanayoathiri muundo wa msingi. Photosynthesis katika mimea kavu-hali ya hewa (Kielelezo\(\PageIndex{3}\)) imebadilika na marekebisho ambayo huhifadhi maji. Katika joto kali kavu, kila tone la maji na nishati ya thamani lazima kutumika kuishi. Mabadiliko mawili yamebadilika katika mimea hiyo. Kwa namna moja, matumizi ya ufanisi zaidi ya CO 2 inaruhusu mimea kupiga picha hata wakati CO 2 haipatikani, kama wakati stomata imefungwa siku za moto. Mabadiliko mengine hufanya athari za awali za mzunguko wa Calvin usiku, kwa sababu kufungua stomata kwa wakati huu huhifadhi maji kutokana na joto la baridi. Aidha, kukabiliana na hali hii imeruhusu mimea kutekeleza viwango vya chini vya usanisinuru bila kufungua stomata kabisa, utaratibu uliokithiri wa kukabiliana na vipindi vya kavu sana.
Photosynthesis katika Prokaryotes
Sehemu mbili za photosynthesis-athari za kutegemea mwanga na mzunguko wa Calvin-zimeelezewa, kama zinavyofanyika katika kloroplasts. Hata hivyo, prokaryotes, kama vile cyanobacteria, hawana organelles zilizofungwa na membrane. Prokaryotic photosynthetic autotrophic viumbe na infoldings ya utando plasma kwa chlorophyll attachment na photosynthesis (Kielelezo\(\PageIndex{4}\)). Ni hapa kwamba viumbe kama cyanobacteria vinaweza kutekeleza usanisinuru.
Mzunguko wa Nishati
Mambo hai hupata nishati kwa kuvunja molekuli za kabohaidre. Hata hivyo, kama mimea hufanya molekuli za kabohaidreti, kwa nini wanahitaji kuzivunja? Karodi ni molekuli za kuhifadhi kwa nishati katika vitu vyote vilivyo hai. Ingawa nishati inaweza kuhifadhiwa katika molekuli kama ATP, wanga ni mabwawa imara zaidi na yenye ufanisi kwa nishati ya kemikali. Viumbe vya photosynthetic pia hufanya athari za kupumua ili kuvuna nishati ambazo zimehifadhiwa katika wanga, kwa mfano, mimea ina mitochondria pamoja na kloroplasts.
Huenda umeona kuwa mmenyuko wa jumla wa photosynthesis:
\[\ce{6CO2 + 6H2O→C6H12O6 + 6O2}\nonumber\]
ni kinyume cha mmenyuko wa jumla kwa kupumua kwa seli:
\[\ce{6O2 + C6H12O6→6CO2 + 6H2O}\nonumber\]
Photosynthesis hutoa oksijeni kama byproduct, na kupumua hutoa dioksidi kaboni kama byproduct.
Kwa asili, hakuna kitu kama taka. Kila atomi moja ya suala huhifadhiwa, kusindika kwa muda usiojulikana. Vipengele vinabadilisha fomu au kuhamia kutoka kwa aina moja ya molekuli hadi nyingine, lakini kamwe kutoweka (Kielelezo\(\PageIndex{5}\)).
CO 2 si tena aina ya taka zinazozalishwa na kupumua kuliko oksijeni ni bidhaa taka ya photosynthesis. Wote ni matokeo ya athari zinazoendelea na athari nyingine. Usanisinuru unachukua nishati ya kujenga wanga katika kloroplasts, na kupumua kwa seli za aerobic hutoa nishati kwa kutumia oksijeni kuvunja wanga. Organelles zote mbili hutumia minyororo ya usafiri wa elektroni ili kuzalisha nishati zinazohitajika kuendesha athari nyingine. Usanisinuru na upumuaji wa seli hufanya kazi katika mzunguko wa kibiolojia, huku kuruhusu viumbe kupata nishati inayoendelea maisha inayotokana na mamilioni ya maili katika nyota.
Muhtasari
Kutumia flygbolag za nishati zilizoundwa katika hatua ya kwanza ya usanisinuru, athari za mzunguko wa Calvin hutengeneza CO 2 kutoka kwa mazingira ili kujenga molekuli za kabohaidreti. Enzyme, RubiSCO, huchochea mmenyuko wa fixation, kwa kuchanganya CO 2 na RubP. Kiwanja cha kaboni sita kinavunjika katika misombo miwili ya kaboni tatu, na nishati katika ATP na NADPH hutumiwa kubadili molekuli hizi kuwa G3P. Moja kati ya molekuli tatu za kaboni za G3P huacha mzunguko kuwa sehemu ya molekuli ya kaboni. Molekuli iliyobaki ya G3P hukaa katika mzunguko wa kuundwa tena kwenye RubP, ambayo iko tayari kuitikia na CO 2 zaidi. Photosynthesis huunda mzunguko wa nishati ya usawa na mchakato wa kupumua kwa seli. Mimea ina uwezo wa photosynthesis na kupumua kwa seli, kwani zina vyenye chloroplasts na mitochondria.
faharasa
- Calvin mzunguko
- athari za photosynthesis zinazotumia nishati iliyohifadhiwa na athari za kutegemea mwanga ili kuunda glucose na molekuli nyingine za kabohaidreti
- fixation kaboni
- mchakato wa kubadili gesi ya CO 2 isokaboni katika misombo ya kikaboni