卡尔文循环

光合作用有两个步骤，第一步是依赖光的反应，第二步是所谓的不依赖光的反应。我通常把它叫做卡尔文循环这样我的学生更容易记住和听到这两个步骤的区别。但是他们称这种反应为不依赖于光的反应因为它不依赖于光。现在，如果你关灯，这个过程就会停止，因为这是使用之前的能量来生成葡萄糖的步骤。从空气中的二氧化碳中生成葡萄糖，这通常被称为碳固定。用科学术语来说，固定任何元素或原子意味着把它变成一种可用的形式。所以碳固定是指利用空气中的二氧化碳生成葡萄糖或其他糖。

这发生在叶绿体的基质中光合作用的细胞器它使用ATP分子中的能量和NADPH携带的电子的能量这些能量是由依赖光的反应提供给气孔的。让我们再仔细看一下，我总是想提醒学生光合作用发生在植物细胞内的叶绿体中，每一种植物都是由无数这样的植物细胞组成的。如果我们放大其中一个叶绿体我们会看到这是内层和外层膜这是一堆膜每一个小袋都被称为类囊体它们被排列在一堆中，称为基粒。

它们漂浮在液体间质中。依赖光的反应发生在类囊体膜上它们将ATP和NADPH送到基质中。这就是我们在这里看到的，光反应提供ATP和NADPH这些都被卡尔文循环消耗因为它从空气中吸收二氧化碳进行我提到的碳固定并吐出一些糖。现在你会注意到这是一个循环从一些建筑材料开始加入二氧化碳，生成一些葡萄糖但它必须回收很多这些材料才能重新拥有你的起始材料。它将耗尽的二磷酸腺苷和NADP阳性送回类囊体膜在那里它可以被充电这样你就可以继续进行卡尔文循环。

现在让我们仔细看一下，这里有很多分子的名字，取决于你的老师，你可能需要记住这些名字。很多时候我都不这么做，但我还是给你们这些名字以防万一。它从一个5碳的分子开始叫做二磷酸核酮糖二的意思是在这个5碳核酮糖分子的末端有2个磷酸盐。我用蓝色的玻璃球代表碳原子黄白色的代表磷酸盐。还有其他原子吗?是的，有一堆氧和氢但我只关注碳。要知道有时候当我从一个3碳的分子或者变成一个3碳的分子，会有很大的不同。我可能把氢从一个位置移走放到另一个位置断开一个羟基，得到一个双键氧。

但我们先看碳原子，这里有5个碳的二磷酸核酮糖我们把它和上面这个有1个碳的二氧化碳挤在一起。这就形成了一个6碳分子现在科学家喜欢给东西命名。为什么他们不名6碳分子,因为它立即分崩离析,不稳定所以幸运的是我们没有记住它的名字它分裂成一对的磷酸甘油酸酯分子我习惯称之为phosphoglyciric酸,现在每6二磷酸核酮糖,我添加6二氧化碳,会给我12分子磷酸甘油酸现在我需要激活这个分子为了使一些如果我想要的化学变化。所以我在另一端加了一个磷酸它已经有1个磷酸了现在有2个所以我们叫它双磷酸甘油酸。

有时候我看过的其他书都叫它di, di和bis，它们的意思都是，我不知道为什么有区别，也许这是东海岸和西海岸的东西。现在我们有了二磷酸甘油酸分子现在我们可以做一些大的改变我们从NADPH中加入一些额外的电子这些是特殊的电子它们是有很多能量的电子。就像一个在空中飞行的棒球有很大的动能或者一个在架子上的保龄球有能量而一个在地板底部的保龄球它的能量很小。这些高能量的电子让我们可以做一些重大的改变把这个磷酸甘油酸变成不同的分子这是一种甘油醛这个甘油醛是一个3碳分子这是一个醛在它的第三个碳上有一个磷酸离子。所以我们叫它甘油醛它的第三个离子上有一个磷酸甘油醛-3-磷酸。这些名字都很大所以我要给你们它们的缩写二磷酸核酮糖叫RUBP，磷酸甘油酸通常叫PG，二磷酸甘油酸叫BPG或者在那些二教科书里叫DPG，甘油醛-3-磷酸通常叫G3P好了，你们明白了吧。

从这12个碳分子中，有12个这样的3个碳分子。如果把碳数加起来，是36个。这是36个碳，我需要循环回到最开始我有6个这样的5个碳分子我看一下6乘以5是30所以我需要保留30个碳来继续循环但这意味着我可以把36个碳中的6个画在这里。我要怎么做呢，嘿，如果我用2个甘油醛-3-磷酸或g3p把它们放在一起我就可以得到葡萄糖或其他糖或者我可以用它做一些修饰来生成大多数其他糖。

还剩下10个，现在每一步都很简单了5+1除以2就得到3 3 3一切都很简单了下面这对g3p是我用来合成葡萄糖的，葡萄糖是6个碳的分子。这里有3个，这里有5个，这里没有简单的数学事实上，大多数课本不会在这里展示所有的步骤，没有人真正关心，除了一些生物化学家，所以让我们假装发生了奇迹。所以神奇的ATP仙女出现了，增加了一些能量，一些酶帮助这个过程发生，我们已经循环回到了开始的物质。就是这样，这就是卡尔文循环或者不依赖光的反应，它把二氧化碳加入到REBP中把它变成一系列不同的化学物质最终你可以抽出其中的一些来生成葡萄糖然后你花了更多的能量来循环回到开始。