Language
Country/Area
No result found
Тайна темной реакции: почему цикл Кальвина не имеет ничего общего с тьмой?
Цикл Кальвина, часто называемый «темновой реакцией», на самом деле не имеет ничего общего с темнотой. Вместо этого он происходит в присутствии света и зависит от энергетических продуктов процесса фотосинтеза. Эта сложная серия химических реакций превращает углекислый газ и соединения, несущие водород, в глюкозу, пригодную для использования в растениях, главным образом в строме хлоропластов растительных клеток.
Хотя в названии присутствует слово «темный», реакции цикла Кальвина на самом деле требуют светозависимых продуктов, таких как АТФ и НАДФН.
Как работает цикл Кальвина? Он разделен на три основные стадии: карбонизация, реакция восстановления и регенерация рибулозо-1,5-бисфосфата (РБФ). Во время этого процесса диоксид углерода соединяется с пятиуглеродным RuBP, образуя стабильное трехуглеродное соединение. В этой реакции решающую роль играет фермент RuBisCO, и эффективность его каталитической реакции напрямую влияет на ход всего цикла.
Первым этапом цикла Кальвина является фермент RuBisCO, катализирующий соединение RuBP и диоксида углерода, а последующее нестабильное шестиуглеродное соединение быстро разлагается на два трехуглеродных соединения.
В этом процессе АТФ и НАДФН служат поставщиками энергии и восстановителей, превращая трехуглеродные соединения в более сложные сахара. Хотя конечными продуктами реакции являются в основном трехуглеродные сахарофосфатные соединения, это не означает, что они не могут быть далее преобразованы в шестиуглеродные сахара. Эти трехуглеродные продукты можно использовать для синтеза более крупных углеводов, таких как сахароза и крахмал.
Работа цикла Кальвина не только зависит от света, но также зависит от других метаболических путей внутри растения, таких как процесс фотодыхания, в котором RuBisCO также может использовать кислород в качестве субстрата, производя неблагоприятные побочные продукты, что еще более серьезно в условиях высокой температуры.
Потеря углекислого газа растениями, вызванная процессом фотодыхания, делает растения, у которых специально развились пути фотосинтеза C4 и CAM, более конкурентоспособными в высокотемпературных средах.
Чем объясняется такой конкурентный внешний вид? И растения C4, и растения CAM используют разные стратегии улавливания углекислого газа, чтобы уменьшить эффекты фотодыхания. Например, растения C4 фиксируют углекислый газ в разных клетках, чтобы они могли эффективно осуществлять фотосинтез в условиях высокой температуры и низкого содержания углекислого газа.
Цикл Кальвина обычно тесно сочетается со светозависимыми реакциями, протекающими на тилакоидной мембране хлоропластов. Образующиеся в результате этих реакций АТФ и НАДФН будут использоваться в последующих реакциях цикла Кальвина. Без этих светозависимых реакций цикл Кальвина был бы невозможен.
Итак, несмотря на «темную реакцию» в названии, на самом деле это процесс, имеющий решающее значение для фотосинтеза. Многие растения используют энергию, запасенную в крахмале, чтобы оставаться в живых в ночное время, но это не означает, что цикл Кальвина и его процессы происходят в темноте. Вместо этого реакция в значительной степени затруднена из-за недостатка света.
Различные ферменты в этом процессе активируются в присутствии света и деактивируются, когда свет становится темнее, что раскрывает неразрывную связь между светом и этими биохимическими реакциями.
Открытие цикла Кальвина, впервые представленное Мелвином Кальвином и его коллегами еще в 1950 году, стало шагом вперед, который продвинул наше понимание фотосинтеза. Это открытие не только открыло путь к изучению фотосинтеза растений, но и оказало глубокое влияние на другие области биологии, показав сложность функционирования живых систем.
С развитием науки и техники наше понимание цикла Кальвина продолжает углубляться, и этот процесс еще раз доказывает переплетенную связь между различными жизненными процессами в природе. Итак, как же растения полагаются на эти реакции, чтобы адаптироваться к изменениям в окружающей среде, когда мы сталкиваемся с проблемой изменения климата?
