Chu trình Calvin (còn được gọi là chu trình Calvin–Benson-Bassham; chu trình khử pentose phosphat; chu trình C3 hay chu trình CBB) là một chuỗi các phản ứng hóa sinh thuộc dạng oxy hóa khử diễn ra theo chu kì trong chất nền của lục lạp ở thực vật hay các sinh vật có khả năng quang hợp. Trong thực vật, chu trình Calvin còn được gọi là "pha tối" của toàn bộ quá trình quang hợp vì nó diễn ra trong môi trường không cần ánh sáng chiếu trực tiếp vào (trong khi đó quá trình hấp thu ánh sáng bởi chlorophyll được gọi là pha sáng).
Trong chu trình này, năng lượng (dưới dạng ATP và NADPH) mà thực vật hấp thu được trong ánh sáng sẽ sử dụng để biến lượng CO2 hấp thu được thành các phân tử đường tỉ như glycerandehit-3-phosphat (G3P) và glucose. Nói cách khác, năng lượng dưới dạng ATP và NADPH sẽ được chuyển sang tích trữ trong liên kết hóa học của các đường này. Chu trình này được tìm ra bởi ba nhà khoa học thuộc Đại học California, Berkeley là Melvin Calvin, James Bassham và Andrew Benson[1] bằng phương pháp sử dụng đồng vị phóng xạ của cacbon là 14C. Nó là một trong những Phản ứng không phụ thuộc vào ánh sáng sử dụng trong việc cố định cacbon. Sản phẩm tức thời của 1 chu trình Calvin là 2 phân tử glycerandehit-3-phosphat (G3P), 3 ADP, và 2 NADP+ (ADP and NADP+ không hẳn là "sản phẩm". Chúng lại được dùng trong pha sáng của quang hợp để sản sinh NADPH và ATP). Mỗi phân tử G3P bao hàm 3 cacbon. Để cho chu trình Calvin tiếp tục hoạt động, RiDP (ribulose 1,5-diphosphat) phải được tái sản sinh. Vì vậy, 5 trong số 6 cacbon trong 2 phân tử G3P sẽ được "đầu tư" vào 1 chu trình mới và kết quả là số "lãi" sinh ra trong mỗi chu trình Calvin là 1 cacbon. Điều này có nghĩa là, để tạo ra 1 phân tử G3P (3 cacbon) hoàn chỉnh cần đến 3 chu trình và con số này là 6 đối với một phân tử đường glucose (6 cacbon). Sản phẩm của chu trình Calvin có thể được chuyển hóa thành các loại chất đường bột khác như tinh bột, sucroza, xenluloza, tùy vào nhu cầu của thực vật.[2] Pha 1: Cố định carbon. Chu trình Calvin cố định CO 2 {\displaystyle {\ce {CO2}}} bằng cách gắn chúng với phân tử ribulose 1,5-diphosphat (RiDP) dưới tác dung của enzyme xúc tác Rubisco. Sau đó tạo nên một phân tử trung gian 6-carbon nhưng vì không ổn định nên nó phân thành 2 phân tử 3 - carbon (3-phosphoglycerate). Vì chất cố định CO 2 {\displaystyle {\ce {CO2}}} đầu tiên là 1 phân tử có 3 carbon nên chu trình Calvin còn có một tên gọi khác là chu trình C3. Pha 2: Pha khử. Mỗi phân tử 3-phosphoglycerate đều được nhận thêm một nhóm phosphate từ ATP nên biến thành 1,3 bisphosphoglycerate. Sau đó 1,3 bisphosphoglycerate nhận thêm 1 đôi electron từ NADPH (được tổng hợp từ pha sáng) biến thành glyceraldehide-3-phosphate (G3P) còn NADPH trở thành NADP + {\displaystyle {\ce {NADP+}}} sẽ được quay trở về pha sáng tái tạo lại NADPH tại cuối chuỗi chuyền electron. Trong một chu trình Calvin hoàn chỉnh thì cần sự tham gia của 3 phân tử CO 2 {\displaystyle {\ce {CO2}}} và sau 1 loạt các phản ứng sẽ tạo nên 6 G3P. Trong 6 phân tử G3P này chỉ có 1 phân tử ra khỏi chu trình để tế bào cây sử dụng (tổng hợp glucose) còn 5 phân tử còn lại phải được quay vòng để tái sinh chất nhận RiDP. Pha 3: Pha tái sinh chất nhận (RiDP). Trong loạt phản ứng, khung carbon của 5 phân tử G3P được sắp xếp lại nhờ 3 phân tử ATP và tạo nên 3 phân tử RiDP để chuẩn bị nhận trở lại nhận 3 phân tử CO 2 {\displaystyle {\ce {CO2}}} và 1 chu trình Calvin mới lại được bắt đầu.
Lời giải: Pha tối có thể diễn ra ở cả ngoài sáng và trong tối nhưng pha tối chỉ diễn ra khi có đủ nguyên liệu là ATP, NADPH là sản phẩm do pha sáng cung cấp. Mà pha sáng lại là pha phụ thuộc ánh sáng, nếu không có ánh sáng thì pha sáng sẽ không diễn ra và sẽ không có ATP, NADPH để cung cấp cho pha tối. Vì vậy ánh sáng sẽ ảnh hưởng gián tiếp tới pha tối. Như vậy, câu nói trên là không chính xác. Bài 1 (trang 70 sgk Sinh học 10): Quang hợp được thực hiện ở những nhóm sinh vật nào?Lời giải: Quang hợp được thực hiện ở nhóm: thực vật, tảo và một số vi khuẩn Bài 2 (trang 70 sgk Sinh học 10): Quang hợp thường được chia thành mấy pha là những pha nào?Lời giải: Quang hợp thường được chia thành hai pha: pha sáng và pha tối. + Pha sáng (giai đoạn chuyển hóa năng lượng ánh sáng): – Điều kiện: có ánh sáng – Năng lượng ánh sáng được hấp thụ và chuyển thành dạng năng lượng trong các liên kết hóa học của ATP và NADPH . + Pha tối (quá trình cố định CO2): – Diễn ra trong chất nền của lục lạp – CO2 bị khử thành cacbôhiđrat sử dụng năng lượng ATP và NADPH Bài 3 (trang 70 sgk Sinh học 10): Những phân tử nào chịu trách nhiệm hấp thụ năng lượng ánh sáng cho quang hợp?Lời giải: Trong quang hợp, các phân tử hấp thụ năng lượng ánh sáng cho quá trình quanh hợp là các sắc tố quang hợp: clorophyl (chất diệp lục), carotenoit (sắc tố vàng, da cam, tím đỏ), phicobilin. Bài 4 (trang 70 sgk Sinh học 10): Oxi được sinh ra từ chất nào và trong pha nào của quá trình quang hợp?Lời giải: Trong quá trình quang hợp, oxi được sinh ra trong pha sáng, từ quá trình quang phân li nước. Quá trình quang phân li nước diễn ra nhờ vai trò xúc tác của phức hệ giải phóng oxi. Bài 5 (trang 70 sgk Sinh học 10): Ở thực vật, pha sáng của quá trình quang hợp diễn ra ở đâu và tạo ra sản phẩm gì để cung cấp cho pha tối?Lời giải: Ở thực vật, pha sáng của quá trình quang hợp diễn ra ở màng talacoit của lục lạp. Pha sáng tạo ra ATP và NADPH để cung cấp cho pha tối. Bài 6 (trang 70 sgk Sinh học 10): Pha tối của quang hợp diễn ra ở đâu? Sản phẩm ổn định đầu tiên của chu trình C3 là gì? Tại sao người ta lại gọi con đường C3 là chu trình?Lời giải: + Pha tối của quang hợp diễn ra trong chất nền của lục lạp. + Sản phẩm ổn định đầu tiên của chu trình C3 là một hợp chất có ba cacbon (do đó chu trình này có tên là chu trình C3). + Người ta gọi con đường C3 là chu trình vì ở con đường này, chất kết hợp với CO2đầu tiên là RiDP (một phân tử hữu cơ có 5C) lại được tái tạo trong giai đoạn sau để con đường tiếp tục quay vòng. |
