Chu trình Canvin là gì và tại sao nó lại quan trọng cho quang hợp, đặc biệt là trong quá trình quang hợp của thực vật C3? Hãy cùng tìm hiểu sâu hơn về chu trình Canvin, một quá trình hóa học quan trọng giúp chuyển đổi CO2 thành glucose, cung cấp năng lượng cho sự sống.
Mục lục
Chu trình Canvin là gì?
Khái niệm chu trình Canvin là gì?
Vào năm 1951, ba nhà khoa học Mỹ là Melvin Calvin, James Bassham và Andrew Benson tại Đại học California, Berkeley đã đưa ra chu trình Canvin. Chu trình C3 gồm một chuỗi các phản ứng oxi hóa khử diễn ra trong lục lạp. Giai đoạn này nằm trong quá trình quang hợp của thực vật C3. Người ta gọi quá trình này là pha tối vì toàn bộ quá trình quang hợp diễn ra trong môi trường không cần ánh sáng trực tiếp.
Trong chu trình Canvin, thực vật hấp thụ năng lượng dưới dạng ATP và NADPH trong ánh sáng và sử dụng chúng để biến CO2 hấp thụ thành các phân tử đường glucose và lycerandehit-3-phosphat (G3P). Năng lượng dưới dạng ATP và NADPH mà thực vật hấp thụ được sẽ được tích trữ trong liên kết hóa học của các đường này.
Khái niệm chu trình Canvin
Tên gọi của chu trình Canvin
Chu trình Canvin còn được gọi là chu trình Calvin-Benson-Bassham, chu trình khử pentose phosphat, chu trình C3 hoặc chu trình CBB. Đây là các tên gọi khác của chu trình Canvin được nghiên cứu bởi ba nhà khoa học Melvin Calvin, Andrew Benson và James Bassham thuộc Đại học California, Berkeley.
Chu trình Canvin được nghiên cứu bởi ba nhà khoa học Berkeley là Melvin Calvin, Andrew Benson và James Bassham
Sản phẩm của chu trình Canvin
Sản phẩm của chu trình Canvin là các carbohydrate, đặc biệt là glucose. Trong quá trình diễn ra chu trình, cũng tạo ra một số sản phẩm tạm thời như 2 phân tử glycerandehit-3-photphat (G3P), 3 ADP và 2NADP+.
Phân tử G3P bao gồm 3 cacbon. RiDP (ribulose 1,5-diphosphat) phải được tái sản sinh để chu trình C3 tiếp tục hoạt động. Vì vậy, trong 2 phân tử G3P, 5 trong số 6 cacbon sẽ được “đầu tư” vào một chu trình mới và kết quả là số “lãi” sinh ra trong mỗi chu trình Calvin là 1 cacbon.
Để tạo ra 1 phân tử G3P (3 cacbon) và một phân tử glucose (6 cacbon), cần đến 3 chu trình. Chu trình Canvin tạo ra các sản phẩm có thể được chuyển hoá thành các loại chất đường bột như sucroza, xenluloza, tinh bột tùy thuộc vào nhu cầu của thực vật.
Sản phẩm của chu trình Canvin
Các giai đoạn của chu trình Canvin
Chu trình Canvin gồm 3 giai đoạn chính.
Giai đoạn Pha 1: Cố định Carbon
Giai đoạn cố định CO2 (cacbon) còn được gọi là giai đoạn cacboxyl hóa. Giai đoạn này cố định CO2 bằng cách kết hợp các phân tử cacbonic (CO2) với riboluzo-1,5 đi photphat (ri1,5DP) để tạo ra một hợp chất 6C. Trong giai đoạn cố định, riboluzo-1,5 đi photphat là chất nhận đầu tiên và duy nhất của chu trình.
Tuy nhiên, hợp chất 6C không ổn định nên nó chia thành 2 phân tử 3 – carbon (3-phosphoglycerate). Quá trình này có thể được mô tả như sau:
Bài viết liên quan:
ri1,5DP + CO2 → APG
Giai đoạn Pha 1: Cố định Carbon
Giai đoạn Pha 2: Pha khử
Giai đoạn tiếp theo trong chu trình Canvin là giai đoạn khử. Lúc này, các axit phosphoglixeric (APG) – sản phẩm của giai đoạn cố định CO2 sẽ bị khử thành aldehyt phosphoglixeric (AlPG), ATP. Giai đoạn khử cũng sẽ có sự tham gia của NADPH – sản phẩm của pha sáng.
Sau đó, một phần AlPG sẽ rời khỏi chu trình và kết hợp với phân tử triozon khác. Sản phẩm của quá trình này là C6H12O6. Cuối cùng, từ đó tạo ra các axit amin và tinh bột.
Giai đoạn Pha 2: Pha khử
Giai đoạn Pha 3: Pha tái sinh chất nhận (RiDP)
Hoạt động tái tạo chất nhận ban đầu riboluzo-1,5 đi photphat (ri1,5DP) là giai đoạn cuối cùng trong chu trình Canvin. Lúc này, các AlPG còn lại sẽ phục hồi ri1,5DP và kết thúc chu trình Canvin.
Giai đoạn Pha 3: Pha tái sinh chất nhận (RiDP)
Phương trình hóa học của chu trình Canvin
Phương trình hóa học của chu trình Canvin là:
3 CO2 + 6 NADPH + 5 H2O + 9 ATP → glyceraldehyde-3-phosphate (G3P) + 2 H+ + 6 NADP+ + 9 ADP + 8 Pi (Pi = phốt phát vô cơ).
Để tạo ra một phân tử glucose, cần thực hiện sáu chu kỳ của chu trình. Các phản ứng này cũng có thể được sử dụng để tạo ra thặng dư G3P và tạo thành một loạt các loại carbohydrate, tùy thuộc vào nhu cầu của cây.
Phương trình hóa học của chu trình Canvin
Những điều cần biết về chu trình Canvin
Dưới đây là một số điều cần biết về chu trình Canvin:
- Chu trình Canvin quang hợp của thực vật C3 diễn ra ở pha tối. Chu trình Canvin giải phóng CO2 để tổng hợp năng lượng và chủ yếu là các loại đường như saccarozơ, tinh bột, hay xenlulozơ và glucose. Chu trình Canvin tạo ra các sản phẩm khác nhau tùy thuộc vào nhu cầu của từng loại thực vật.
- Khi đứng dưới rừng cây, chúng ta sẽ cảm thấy khó thở vì cây đang thực hiện chu trình Canvin và lượng CO2 được giải phóng lớn.
- Hợp chất 3C là sản phẩm đầu tiên của chu trình. Vì vậy, các loài cây thực hiện chu trình Canvin được gọi là cây C3, phổ biến là cây gỗ lớn và rêu.
- Để tạo ra một phân tử glucose, pha sáng cần 12 NADPH, 18 ATP và 11 H2O. Giai đoạn tái tạo chất nhận riboluzo-1,5 đi photphat tưởng chừng như sẽ nhanh chóng nhưng thực tế phải trải qua 9 phản ứng được xúc tác bởi các enzym khác nhau trong stroma trong thời gian dài.
Mong rằng qua bài viết này, chúng ta đã hiểu rõ hơn về chu trình Canvin và vai trò của nó trong thực vật. Nếu có bất kỳ thắc mắc nào về sản phẩm của chu trình Canvin, hãy để lại nhận xét phía dưới, chúng ta sẽ cùng nhau tìm hiểu và trao đổi nhé!
