úvod
Svetelná fáza dala rastline ATP a NADPH. V stróme chloroplastu ich spotrebuje Calvinov cyklus, ktorý z oxidu uhličitého vyrába cukor. Melvin Calvin ho rozlúštil v 40. a 50. rokoch 20. storočia pomocou rádioaktívneho uhlíka ¹⁴C a v roku 1961 dostal Nobelovu cenu.
teória
Tri fázy cyklu
- Fixácia. Enzým RuBisCO pripojí CO₂ k päťuhlíkatému ribulóza-1,5-bisfosfátu (RuBP). Vzniknutá šesťuhlíkatá molekula sa hneď rozpadne na dve molekuly 3-fosfoglycerátu (C₃).
- Redukcia. S pomocou ATP a NADPH sa 3-fosfoglycerát zmení na glyceraldehyd-3-fosfát (G3P), trojuhlíkatý cukor, triózu.
- Regenerácia. Z väčšiny trióz sa za cenu ďalšieho ATP znova postaví RuBP, aby cyklus mohol pokračovať.
Na tri molekuly CO₂ vznikne šesť trióz. Päť sa spotrebuje na obnovu RuBP a jedna je zisk. Z dvoch trióz rastlina zloží glukózu, z nej sacharózu na transport a škrob na zásobu.
vyskúšaj si
Calvinov cyklus
Nastav, koľko molekúl CO₂ rastlina naviaže, a sleduj, koľko ATP a NADPH zo svetelnej fázy to stojí.
0 / 0Otáčok cyklu: 3, každá naviaže jednu molekulu CO₂. Z 6 trióz, ktoré vzniknú na 3 CO₂, sa 5 použije na obnovu ribulózabisfosfátu a len jedna je zisk.
Kde prebieha Calvinov cyklus?
0 / 0teória
RuBisCO, nešikovný obor
RuBisCO je najrozšírenejšia bielkovina na Zemi, tvorí až polovicu bielkovín v liste. Je však pomalý a nevie dobre rozlíšiť CO₂ od kyslíka. Keď naviaže kyslík, časť už zabudovaného uhlíka sa stratí ako CO₂. Tomuto plytvaniu hovoríme fotorespirácia. Najviac jej je za horúčav, keď rastlina zatvorí prieduchy, aby nestrácala vodu, a CO₂ v liste ubúda.
vyskúšaj si
C3, C4, alebo CAM?
Priraď rastlinu alebo vlastnosť k typu fotosyntézy.
0 / 0Zapamätaj si: v Calvinovom cykle rastlina zabuduje oxid uhličitý do cukru. Potrebuje na to ATP a NADPH zo svetelnej fázy. Oxid uhličitý viaže enzým RuBisCO. Rastliny horúcich a suchých krajov, kukurica či kaktus, majú triky, ktorými mu pomáhajú.
Účet
Na 3 CO₂ treba 9 ATP (6 na redukciu, 3 na regeneráciu) a 6 NADPH. Na glukózu, teda 6 CO₂, je to 18 ATP a 12 NADPH. Svetelná fáza ich musí dodať v pomere 3 : 2. Keď ATP chýba, chloroplast pustí elektróny okolo fotosystému I dookola a vytvára len ATP bez NADPH.
C4 rastliny
Kukurica, cukrová trstina či proso viažu CO₂ najprv v bunkách mezofylu enzýmom, ktorý kyslík nepozná. Vznikne štvoruhlíkatá kyselina (odtiaľ názov C4), ktorá sa presunie do buniek okolo cievnych zväzkov a tam CO₂ uvoľní. RuBisCO tak pracuje v prostredí bohatom na CO₂ a fotorespirácia takmer zmizne. Stojí to trochu ATP navyše, ale v teple a na slnku sa to oplatí.
CAM rastliny
Kaktusy, ananás či tučnolisty otvárajú prieduchy len v noci, keď je chladno a strácajú menej vody. CO₂ uložia ako kyselinu jablčnú do vakuol a cez deň ho pri zatvorených prieduchoch uvoľnia pre Calvinov cyklus. Oddeľujú viazanie CO₂ a cyklus v čase, nie v priestore.
rozšírenie Ryža, ktorá by bola kukuricou
Ryža je C3 rastlina a v horúcich oblastiach ju fotorespirácia pripraví o veľkú časť úrody. Medzinárodné projekty sa snažia vniesť do ryže C4 cestu. Ak by sa to podarilo, úroda by mohla stúpnuť až o polovicu pri menšej spotrebe vody a hnojív. Je to jedna z najambicióznejších úloh rastlinnej biotechnológie.
teória
Časté chyby
- „Calvinov cyklus prebieha v tme.“ Nepotrebuje svetlo priamo, ale beží cez deň, keď je dosť ATP a NADPH.
- „Všetky vzniknuté triózy sú zisk.“ Päť zo šiestich sa spotrebuje na obnovu RuBP.
- „RuBisCO viaže len CO₂.“ Viaže aj kyslík, a to je príčina fotorespirácie.
- „C4 rastliny nemajú Calvinov cyklus.“ Majú, len CO₂ k nemu dopravujú oklukou.
Ako bunky spracúvajú tuky, ukáže lekcia Metabolizmus lipidov.