Language
Country/Area
No result found
Bí mật của phản ứng đen tối: Tại sao chu trình Calvin không liên quan gì đến bóng tối?
Chu trình Calvin, thường được gọi là "phản ứng tối", thực ra không liên quan gì đến bóng tối. Thay vào đó, nó xảy ra khi có ánh sáng và dựa vào sản phẩm năng lượng của quá trình quang hợp. Chuỗi phản ứng hóa học phức tạp này chuyển đổi carbon dioxide và các hợp chất mang hydro thành glucose mà thực vật có thể sử dụng được, chủ yếu ở chất nền lục lạp của tế bào thực vật.
Mặc dù tên có chứa từ "tối", nhưng các phản ứng của chu trình Calvin thực sự cần đến các sản phẩm phụ thuộc vào ánh sáng như ATP và NADPH.
Chu trình Calvin diễn ra như thế nào? Nó được chia thành ba giai đoạn chính: cacbonat hóa, phản ứng khử và tái sinh ribulose-1,5-bisphosphate (RuBP). Trong quá trình này, carbon dioxide kết hợp với RuBP 5 carbon để tạo thành hợp chất 3 carbon ổn định. Trong phản ứng này, enzyme RuBisCO đóng vai trò quan trọng và hiệu quả của phản ứng xúc tác của nó ảnh hưởng trực tiếp đến tiến trình của toàn bộ chu trình.
Bước đầu tiên trong chu trình Calvin là enzyme RuBisCO xúc tác sự kết hợp giữa RuBP với carbon dioxide và hợp chất sáu carbon không ổn định sau đó sẽ nhanh chóng phân hủy thành hai hợp chất ba carbon.
Trong quá trình này, ATP và NADPH đóng vai trò là nhà cung cấp năng lượng và chất khử, chuyển đổi các hợp chất ba cacbon thành các loại đường phức tạp hơn. Mặc dù sản phẩm cuối cùng của phản ứng chủ yếu là các hợp chất đường photphat ba cacbon, nhưng điều này không có nghĩa là chúng không thể chuyển đổi tiếp thành đường sáu cacbon. Những sản phẩm ba carbon này có thể được sử dụng để tổng hợp các carbohydrate lớn hơn như sucrose và tinh bột.
Hoạt động của chu trình Calvin không chỉ phụ thuộc vào ánh sáng mà còn bị ảnh hưởng bởi các con đường trao đổi chất khác trong cây, chẳng hạn như quá trình quang hô hấp, trong đó RuBisCO còn có thể sử dụng oxy làm cơ chất, tạo ra các sản phẩm phụ không có lợi, điều này thậm chí còn nghiêm trọng hơn trong môi trường nhiệt độ cao.
Sự mất đi carbon dioxide ở thực vật do quá trình quang hô hấp làm cho thực vật có con đường quang hợp C4 và CAM tiến hóa đặc biệt sẽ cạnh tranh hơn trong môi trường nhiệt độ cao.
Sự xuất hiện cạnh tranh này được giải thích như thế nào? Cả thực vật C4 và thực vật CAM đều sử dụng các chiến lược khác nhau để thu giữ carbon dioxide nhằm giảm tác động của quá trình quang hô hấp. Ví dụ, thực vật C4 cố định carbon dioxide trong các tế bào khác nhau để chúng vẫn có thể thực hiện quá trình quang hợp hiệu quả trong môi trường nhiệt độ cao và lượng carbon dioxide thấp.
Chu trình Calvin thường được kết hợp chặt chẽ với các phản ứng phụ thuộc vào ánh sáng xảy ra trên màng thylakoid của lục lạp. ATP và NADPH được tạo ra bởi các phản ứng này sẽ được sử dụng trong các phản ứng tiếp theo của chu trình Calvin. Nếu không có những phản ứng phụ thuộc vào ánh sáng này thì chu trình Calvin sẽ không thể thực hiện được.
Vì vậy, mặc dù có tên là "phản ứng tối", nhưng đây thực sự là một quá trình rất quan trọng đối với quá trình quang hợp. Nhiều loài thực vật sử dụng năng lượng dự trữ trong tinh bột để tồn tại vào ban đêm, nhưng điều này không có nghĩa là chu trình Calvin và các quá trình của nó diễn ra trong bóng tối. Thay vào đó, phản ứng phần lớn bị cản trở do thiếu ánh sáng.
Các enzyme khác nhau trong quá trình này được kích hoạt khi có ánh sáng và ngừng hoạt động khi ánh sáng trở nên tối hơn, cho thấy mối quan hệ không thể tách rời giữa ánh sáng và các phản ứng sinh hóa này.
Việc khám phá ra chu trình Calvin, lần đầu tiên được giới thiệu bởi Melvin Calvin và các đồng nghiệp của ông vào đầu năm 1950, là một bước tiến giúp nâng cao hiểu biết của chúng ta về quá trình quang hợp. Phát hiện này không chỉ mở ra nghiên cứu về quang hợp ở thực vật mà còn có tác động sâu sắc đến các lĩnh vực sinh học khác, cho thấy sự phức tạp trong hoạt động của các hệ thống sống.
Với sự tiến bộ của khoa học và công nghệ, sự hiểu biết của chúng ta về chu trình Calvin tiếp tục được đào sâu hơn và quá trình này một lần nữa chứng minh mối quan hệ đan xen giữa các quá trình sống khác nhau trong tự nhiên. Vậy, làm thế nào thực vật dựa vào những phản ứng này để thích ứng với những thay đổi của môi trường khi chúng ta đối mặt với thách thức của biến đổi khí hậu?
