Ziel: Synthese von Kohlenhydrat Glukose, Grundlage für andere organische Moleküle.
Lichtreaktion vs. Dunkelreaktion
Lichtreaktion (Primärreaktion): Umwandlung von Lichtenergie in chemische Energie (ATP und NADPH).
Dunkelreaktion (Sekundärreaktion): Benötigt ATP und NADPH zur Glukose-Synthese.
Calvin-Zyklus verläuft abhängig von Produkten der Lichtreaktion.
Calvin-Zyklus
Findet in Chloroplasten, genauer im Stroma, statt.
Schritte des Calvin-Zyklus
Kohlenstofffixierung:
CO2-Fixierung auf Ribulose-1,5-bisphosphat (RuBP) durch das Enzym Ribulose-bisphosphat-Carboxylase (Rubisco).
Zwischenprodukt: Instabiles C6, das in 3-Phosphoglycerinsäure (C3) gespalten wird.
Reduktion:
Umwandlung von 3-Phosphoglycerinsäure in Glycerinaldehyd-3-phosphat (GAP).
Energie- und Elektronentransfer durch ATP und NADPH.
ATP liefert Energie durch Phosphorylierung (ADP + P zu ATP).
NADPH als Elektronenüberträger.
Regeneration des RuBP:
GAP wird teilweise zur Synthese von Zuckern und zur Regeneration von RuBP verwendet.
Komplexe Reaktionsschritte führen zur Bildung von RuBP.
Energieverbrauch: ATP und NADPH notwendig.
Bilanz und Energieverbrauch
Pro Glukosemolekül (C6H12O6) werden 6 CO2 benötigt.
6 Umdrehungen des Calvin-Zyklus notwendig.
Energieverbrauch: 18 ATP und 12 NADPH pro Glukosemolekül.
Kritik am Begriff "lichtunabhängige Reaktion"
Reaktion ist nicht völlig lichtunabhängig, da ATP und NADPH aus der Lichtreaktion benötigt werden.
Calvin-Zyklus wird durch Licht indirekt stimuliert (Enzymaktivierung durch pH-Wert-Änderung und Elektronentransport).
Anpassungen von Pflanzen
Pflanzen an wärmeren Standorten haben Anpassungen entwickelt:
C4- und CAM-Pflanzen mit spezialisierten Mechanismen.
Herausforderung: CO2-Fixierung vs. Wasserschutz (Transpiration über Stomata).
Fazit
Der Calvin-Zyklus ist ein zentraler Bestandteil der Photosynthese, dessen Ablauf und Effektivität stark von Lichtreaktionen abhängig sind, trotz gelegentlicher Unabhängigkeit.