Molekularer Ablauf der lichtunabhängigen Reaktion (Calvin-Zyklus)

Einleitung

• Lichtunabhängige Reaktion auch bekannt als Sekundärreaktion oder Dunkelreaktion.
• Benannt nach Melvin Calvin, der sie als Calvin-Zyklus bezeichnet hat.
• Ziel: Synthese von Glucose als körpereigener Stoff.
• Wichtig für alle photosynthetisch aktiven Organismen.

Abhängigkeit von der Lichtreaktion

• Lichtreaktion wandelt Lichtenergie in chemische Energie (ATP und NADPH) um.
• ATP und NADPH sind notwendig für die Dunkelreaktion.
• Bezeichnung "lichtunabhängig" ist teilweise irreführend, da ohne Lichtreaktion Calvin-Zyklus nicht ablaufen kann.

Calvin-Zyklus in Chloroplasten

• Findet im Stroma der Chloroplasten statt.
• Besteht aus drei Abschnitten:
  • Kohlenstofffixierung
    • CO2 wird durch Rubisco auf Ribulose-1,5-Bisphosphat (RUBP) übertragen.
    • Bildung instabiler C6-Verbindung, die in zwei 3-Phosphoglycerat (C3) zerfällt.
  • Reduktion
    • 3-Phosphoglycerat wird zu Glycerinaldehyd-3-Phosphat (GAP) reduziert.
    • Energie aus ATP und Elektronen aus NADPH benötigt.
  • Regeneration
    • GAP wird zur Synthese von Zuckern oder zur Regeneration von RUBP genutzt.

Bilanz

• Für die Bildung eines Glucosemoleküls (C6H12O6) werden 6 CO2-Moleküle benötigt.
• 6 Umdrehungen des Calvin-Zyklus notwendig.
• Energieaufwand: 18 ATP und 12 NADPH.

Kritik am Begriff "lichtunabhängig"

• Reaktion nicht komplett unabhängig vom Licht, da ATP und NADPH erforderlich sind.
• Licht stimuliert den Calvin-Zyklus durch pH-Wert-Änderung und Elektronentransport.

Anpassungen an verschiedene Klimata

• Pflanzen wie C4- und CAM-Pflanzen haben Anpassungen entwickelt.
• Problem: CO2-Fixierung und Wasserverlust bei geöffneten Stomata.
• Anpassungen ermöglichen effektive Photosynthese trotz Herausforderungen.