Calvin - Zyklus

Einführung in die Biochemie
Fotosynthese - Lichtreaktionen
- Stabilisierung der Redoxenergie
Mit der Fotooxidation (vorherige Folie) wird eine Folge von Reaktionsschritten gestartet,
die die Lichtenergie in Form von ATP und NADPH2 stabilisiert. Die Gesamtheit der von
den Fotosystemen I bzw. II ausgehenden Teilreaktionen nennt man Lichtreaktion i bzw.
Lichtreaktion II.
Lichtreaktionen der Fotosynthese
Lichtreaktion II
P*680
P*700
e-
Dunkelreaktion
Lichtreaktion I
e-
e-
ADP
e-
e-
ADP+ P
e-
Fotolyse
Fotosystem II
NADPH2
NADP
2 e2 H+
P700/P+700
P680/P+680
2 H2O
CalvinZyclus
e-
nichtzyclischer
Elektronentransport
cyklischer
4 e4 H+
O2 ↑
Fotosystem I
P
= Farbstoffmolekül
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Einführung in die Biochemie
Fotosynthese - Dunkelreaktionen
Die Dunkelreaktionen laufen im Stroma des Chloroplasten ab. Sie bilden eine Kreisprozess;
den Calvin – Zyklus. Dabei ist die Umwandlung von Kohlenstoffdioxid in Kohlenhydrate
ein zentraler Bestandteil. Endprodukte sind Hexosen, wie Glukose, die dann in Stärke
umgewandelt wird.
Im Calvin – Zyklus unterscheidet man drei wesentliche Schritte:
Im ersten Schritt wird CO2 an einen Kohlenstoffdioxidakzeptor gebunden, den C5 -Körper
Ribulose-1,5-diphosphat. Das instabile Zwischenprodukt zerfällt unter Wasserverbrauch zu
zwei Moleküle Glycerinsäure-3-phosphat.
Im zweiten Schritt wird Glycerinsäure-3-phosphat in Glycerinaldehyd-3-phosphat reduziert.
Dieser C3 -Körper ist ein Triosephosphat. Für die Reaktion wird das in der Lichtreaktion
aufgebaute NADPH2 benötigt. Die Energie liefert ATP.
Ein sechstel der gebildeten C3 –Körper wird nun für die Stärkesynthese aus dem Calvin –
Zyklus ausgegliedert, der Rest wird zu Ribulose-1,5-diphosphat recycelt
Die Bilanzgleichung des Calvin – Zyklus in der Fotosynthese lautet:
6 CO2 + 12 NADPH2 + 18 ATP C6H12O6 + 6 H2O + 12 NADP + 18 ADP + 18 P
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Fotosynthese - Dunkelreaktionen
Bildung von Glycerinsäure-3-phosphat im Calvin-Zyklus aus Kohlenstoffdioxid und
Ribulase-1,5-diphosphat.
Ribulose-1,5diphosphat
H
l
H–C–O–P
I
C=O
I
H – C – OH
I
H – C – OH
I
H–C–O–P
I
H
CO2
H Instabiles Zwischenprodukt
l
H–C–O–P
I OH
H
C
l
I COOH
H–C–O–P
H2O
C=O
I
I
H – C – OH
H – C – OH
I
I
COOH
H–C–O–P
I
Glycerinsäure-3-phosphat
H
Reduktion von Glycerinsäure-3-phosphat im Calvin-Zyklus
H
NADPH2
l
H–C–O–P
I
H – C – OH
I
ATP
COOH
Glycerinsäure-3-phosphat
NADP
ADP + P
H
l
H–C–O–P
I
+
H2O
H – C – OH
I
CHO
Glycerinaldehyd-3-phosphat
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Einführung in die Biochemie
Fotosynthese - Dunkelreaktionen
Vereinfachte Darstellung
des Calvin-Zyklus
C1
Ribulose-1,5-diphosphat
(6 Moleküle)
C5
CO2 (6 Moleküle)
C6
Instabiles Zwischenprodukt
(6 Moleküle)
6 ADP + 6 P
6 ATP
C3
Glycerinaldehyd-3-phosphat
(12 Moleküle)
12 ATP
C3
(10 Moleküle)
Glycerinsäure-3-phosphat
12 ATP + P
12 NADPH2
C3
Glycerinaldehyd-3-phosphat
(2 Moleküle)
Glucose
(1 Molekül)
C3
12 NADP
Glycerinaldehyd-3-phosphat
(12 Moleküle)
C6
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Stärke