碳同化的C3途径
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解决时间 2021-03-15 16:23
- 提问者网友:暮烟疏雨之际
- 2021-03-14 21:43
碳同化的C3途径
最佳答案
- 五星知识达人网友:荒野風
- 2021-03-14 22:56
如前所述,早在十九世纪末,人们就知道光合作用需要CO2和H2O,产物是糖和淀粉,但是对于CO2是如何被还原成碳水化合物的具体步骤尚不清楚。直到20世纪40年代中期,美国加州大学的卡尔文(M.Calvin)和本森(A.Benson)采用当时的两项新技术:放射性同位素示踪和双向纸层析,以单细胞藻类作为试验材料,用14CO2饲喂,照光从数秒到几十分钟不等,然后在沸腾的酒精中杀死材料以终止生化反应,用纸层析技术分离同位素标记物,以标记物出现的先后顺序来确定二氧化碳同化的每一步骤。经十年的系统研究,在50年代提出了二氧化碳同化的循环途径,故称为卡尔文循环(The Calvin cycle)。由于这个循环中CO2的受体是一种戊糖(核酮糖二磷酸),故又称为还原戊糖磷酸途径(reductive pentose phosphate pathway,RPPP)。这个途径中二氧化碳被固定形成的最初产物是一种三碳化合物,故称为C3途径。卡尔文循环具有合成淀粉等产物的能力,是所有植物光合碳同化的基本途径,大致可分为三个阶段,即羧化阶段、还原阶段和再生阶段。 3-磷酸甘油酸在3-磷酸甘油酸激酶(PGAK)催化下,形成1,3-二磷酸甘油酸(DPGA),然后在甘油醛磷酸脱氢酶作用下被NADPH还原,变为甘油醛-3-磷酸(GAP),这就是CO2的还原阶段。
羧化阶段产生的PGA是一种有机酸,尚未达到糖的能级,为了把PGA转化成糖,要消耗光反应中产生的同化力。ATP提供能量,NADPH提供还原力使PGA的羧基转变成GAP的醛基,这也是光反应与暗反应的联结点。当CO2被还原为GAP时,光合作用的贮能过程即告完成。 是由GAP经过一系列的转变,重新形成CO2受体RuBP的过程。这里包括了形成磷酸化的3-、4-、5-、6-、7-碳糖的一系列反应(见图3-10)。最后一步由核酮糖-5-磷酸激酶(Ru5PK)催化,并消耗1分子ATP,再形成RuBP,构成了一个循环。C3途径的总反应式为:
3CO2 + 5H2O + 9ATP + 6NADPH+6H+ →GAP + 9ADP + 8Pi + 6NADP+
出一个磷酸丙糖(GAP或DHAP)。磷酸丙糖可在叶绿体内形成淀粉或运出叶绿体,在细胞质中合成蔗糖。若按每同化1molCO2可贮能478kJ,每水解1molATP和氧化1molNADPH可分别释放能量32kJ和217kJ计算,则通过卡尔文循环同化CO2的能量转换效率为90%。(即478/(32×3+217×2)),由此可见,其能量转换效率是非常高的。
由上式可见,每同化一个CO2,要消耗3个ATP和2个NADPH。还原3个CO2可输出一个磷酸丙糖(GAP或DHAP)。磷酸丙糖可在叶绿体内形成淀粉或运出叶绿体,在细胞质中合成蔗糖。若按每同化1molCO2可贮能478kJ,每水解1molATP和氧化1molNADPH可分别释放能量32kJ和217kJ计算,则通过卡尔文循环同化CO2的能量转换效率为90%。(即478/(32×3+217×2),由可见,其能量转换效率是非常高的。
羧化阶段产生的PGA是一种有机酸,尚未达到糖的能级,为了把PGA转化成糖,要消耗光反应中产生的同化力。ATP提供能量,NADPH提供还原力使PGA的羧基转变成GAP的醛基,这也是光反应与暗反应的联结点。当CO2被还原为GAP时,光合作用的贮能过程即告完成。 是由GAP经过一系列的转变,重新形成CO2受体RuBP的过程。这里包括了形成磷酸化的3-、4-、5-、6-、7-碳糖的一系列反应(见图3-10)。最后一步由核酮糖-5-磷酸激酶(Ru5PK)催化,并消耗1分子ATP,再形成RuBP,构成了一个循环。C3途径的总反应式为:
3CO2 + 5H2O + 9ATP + 6NADPH+6H+ →GAP + 9ADP + 8Pi + 6NADP+
出一个磷酸丙糖(GAP或DHAP)。磷酸丙糖可在叶绿体内形成淀粉或运出叶绿体,在细胞质中合成蔗糖。若按每同化1molCO2可贮能478kJ,每水解1molATP和氧化1molNADPH可分别释放能量32kJ和217kJ计算,则通过卡尔文循环同化CO2的能量转换效率为90%。(即478/(32×3+217×2)),由此可见,其能量转换效率是非常高的。
由上式可见,每同化一个CO2,要消耗3个ATP和2个NADPH。还原3个CO2可输出一个磷酸丙糖(GAP或DHAP)。磷酸丙糖可在叶绿体内形成淀粉或运出叶绿体,在细胞质中合成蔗糖。若按每同化1molCO2可贮能478kJ,每水解1molATP和氧化1molNADPH可分别释放能量32kJ和217kJ计算,则通过卡尔文循环同化CO2的能量转换效率为90%。(即478/(32×3+217×2),由可见,其能量转换效率是非常高的。
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