Calvin-Zyklus der Photosynthese

Overview

In dieser Vorlesung wird der Calvin-Zyklus als lichtunabhängige Reaktion der Photosynthese beschrieben, mit Fokus auf Ablauf, Enzyme und Bedeutung.

Die lichtunabhängige Reaktion wird auch Sekundärreaktion, Dunkelreaktion oder Calvin-Zyklus genannt.
Sie ist der zweite Schritt der Photosynthese und folgt auf die lichtabhängige Reaktion.
Ziel ist die Synthese von Glucose aus CO₂.

Der Calvin-Zyklus findet im Stroma der Chloroplasten statt.
Er besteht aus drei Hauptabschnitten: CO₂-Fixierung, Reduktion und Regeneration von RUBP.
CO₂ wird über die Stomata aufgenommen und an das Akzeptormolekül RUBP gebunden.
Das Enzym Rubisco katalysiert die Fixierung von CO₂ an RUBP.
Dabei entsteht ein instabiles C6-Molekül, das sofort in zwei 3-Phosphoglycerat (3-PG) zerfällt.
3-PG wird in zwei Schritten unter Nutzung von ATP und NADPH zu Glycerinaldehyd-3-Phosphat (GAP) reduziert.
Ein Teil von GAP dient der Glucose-Bildung, der Großteil wird für die Regeneration von RUBP verwendet.
Die Regeneration von RUBP benötigt erneut ATP.

Für die Synthese von einem Glucosemolekül werden 6 CO₂, 18 ATP und 12 NADPH benötigt.
Pro Umdrehung des Zyklus wird ein CO₂ fixiert, es sind 6 Durchläufe nötig.

Die lichtunabhängige Reaktion ist indirekt lichtabhängig, da sie ATP und NADPH der Lichtreaktion benötigt.
Licht aktiviert einige Enzyme des Calvin-Zyklus durch pH-Wert-Änderungen und chemische Modifikationen.
Pflanzen haben Anpassungen wie C4- oder CAM-Stoffwechsel entwickelt, um Wasserverlust bei hohen Temperaturen zu minimieren.

Calvin-Zyklus — Zyklus zur Glucosesynthese aus CO₂, Teil der Photosynthese.
RUBP — Ribulose-1,5-Bisphosphat, CO₂-Akzeptormolekül.
Rubisco — Enzym zur CO₂-Fixierung, häufigstes Enzym der Erde.
ATP — Energieüberträgermolekül, in der Lichtreaktion gebildet.
NADPH — Elektronentransportmolekül, liefert Reduktionsäquivalente.
GAP — Glycerinaldehyd-3-Phosphat, Zwischenprodukt des Kohlenhydratstoffwechsels.