Calvin döngüsü, karbondioksiti şeker glikozuna dönüştürmek için fotosentez ve karbon fiksasyonu sırasında ortaya çıkan bir dizi ışıktan bağımsız redoks tepkimesidir. Bu tepkimeler, tilakoid membran ile organelin iç membranı arasındaki sıvı dolu bölge olan kloroplastın stromasında meydana gelir. Yazımızda Calvin döngüsü sırasında meydana gelen redoks tepkimelerinden bahsedeceğiz.
Calvin Döngüsüne Genel Bakış
Calvin döngüsünü başka isimlerle de aklınızda tutabilirsiniz. Çünkü bu tepkime seti karanlık reaksiyonlar, C3 döngüsü, Calvin-Benson-Bassham (CBB) döngüsü veya indirgeyici pentoz fosfat döngüsü olarak da bilinir. Döngü 1950'de, Berkeley Kaliforniya Üniversitesi'nden Melvin Calvin, James Bassham ve Andrew Benson tarafından keşfedildi. Karbon fiksasyonunda karbon atomlarının yörüngesini izlemek için radyoaktif karbon-14 kullandılar.
Calvin döngüsü iki aşamada meydana gelen fotosentezin bir parçasıdır. İlk aşamada, kimyasal tepkimeler ATP ve NADPH üretmek için ışıktaki enerji kullanır. İkinci aşamada (Calvin döngüsü veya karanlık reaksiyonlar), karbondioksit ve su, glikoz gibi organik moleküllere dönüştürülür. Calvin döngüsü "karanlık reaksiyonlar" olarak adlandırılabilse de, bu reaksiyonlar aslında karanlıkta veya gece olduğunda gerçekleşmez. Reaksiyonlar, ışığa bağımlı bir reaksiyondan gelen indirgeyici NADP (Nikotinamid Adenin Dinükleotit Fosfat) gerektirir. Calvin döngüsü şunlardan oluşur:
- Karbon fiksasyonu – Gliseraldehid 3-fosfat (G3P) üretmek için karbon dioksit (CO2) reaksiyona sokulur. RuBisCO enzimi, iki 3-fosfogliserat (3-PGA) molekülü oluşturmak üzere ikiye bölünen bir 6-karbon bileşiği yapmak için 5-karbon bileşiğinin karboksilasyonunu katalize eder. Fosfoglisrat kinaz enzimi, 3-PGA'nın fosforilasyonunu katalize ederek 1,3-bifosfogliserat (1,3BPGA) oluşturur.
- İndirgeme reaksiyonları – Gliseraldehid 3-fosfat dehidrojenaz enzimi, 1,3BPGA'nın NADPH ile indirgenmesini katalize eder.
- Ribuloz 1,5-bisfosfat (RuBP) rejenerasyonu – Rejenerasyonun sonunda, reaksiyon setinin net edinimi, 3 karbondioksit molekülü başına bir G3P molekülüdür.
Calvin Döngüsü Kimyasal Denklemi
Calvin döngüsü için genel kimyasal denklem:
- 3 CO2 + 6 NADPH + 5 H2O + 9 ATP → gliseraldehit 3-fosfat (G3P) + 2 H+ + 6 NADP+ + 9 ADP + 8 Pi (Pi = inorganik fosfat)
Bir glikoz molekülü üretmek için döngünün altı defa tekrarlanması gerekir. Tepkimeler tarafından üretilen fazla G3P, bitkinin ihtiyaçlarına bağlı olarak çeşitli karbonhidratlar oluşturmak için kullanılabilir.
Işık Bağımsızlığı Hakkında Not
Calvin döngüsünün adımları ışık gerektirmemesine rağmen, süreç sadece ışık mevcut olduğunda (gündüz) gerçekleşir. Peki, neden? Çünkü ışık yokken elektron akışı olmayacağı için enerji kaybı olur. Calvin döngüsüne güç veren enzimler, kimyasal reaksiyonların kendileri foton gerektirmemesine rağmen ışığa bağımlı olacak şekilde düzenlenir.
Geceleri, bitkiler nişastayı sükroza dönüştürür ve soymuk borusuna bırakır. CAM bitkileri geceleri malik asidi depolar ve gün boyunca salınım gerçekleştirir. Bu reaksiyonlar "karanlık reaksiyonlar" olarak da bilinir.
Calvin Döngüsü Hakkında Sık Sorulanlar
Calvin Döngüsü nedir ve fotosentezdeki rolü nedir?
Calvin Döngüsü, kloroplastların stromasında meydana gelen ve atmosferik karbondioksitin organik moleküllere, özellikle de glikoza fiksasyonundan sorumlu olan bir dizi kimyasal reaksiyondur. Fotosentezin ikinci aşamasıdır ve ışık enerjisinin tilakoid membranlarda emilmesini takip eder.
Calvin Döngüsünde yer alan anahtar enzimler ve ara ürünler nelerdir?
Calvin Döngüsü'ndeki anahtar enzimler, 3-fosfogliserat oluşturmak için ribuloz-1,5-bifosfata karbondioksit eklenmesini katalize eden ribuloz-1,5-bifosfat karboksilaz/oksijenaz (Rubisco) ve ribuloz-1,5-bifosfat oluşturmak için ribuloz-5-fosfatı fosforile eden fosforibulokinazı içerir. Diğer önemli ara ürünler arasında ribuloz-5-fosfat, gliseraldehit-3-fosfat ve riboz-5-fosfat bulunur.
Calvin Döngüsünün hızını etkileyen faktörler nelerdir?
Calvin Döngüsünün hızı, atmosferdeki karbondioksit konsantrasyonu, ışığa bağlı reaksiyonlar sırasında üretilen ATP ve NADPH'nin mevcudiyeti ve Rubisco'nun aktivitesi dahil olmak üzere bir dizi faktörden etkilenir.
Calvin Döngüsü C3, C4 ve CAM bitkilerinde nasıl farklılık gösterir?
Pirinç ve buğday gibi C3 bitkileri, karbon fiksasyonu için yalnızca Calvin Döngüsünü kullanır. Mısır ve şeker kamışı gibi C4 bitkileri, fotorespirasyonu azaltmalarına ve su kullanım verimliliğini artırmalarına olanak tanıyan ek bir karbon sabitleme yolu geliştirmiştir. Kaktüsler ve sulu meyveler gibi CAM bitkileri, transpirasyon yoluyla su kaybını en aza indirmek için geceleri karbon fiksasyonu gerçekleştirir.
Calvin Döngüsü biyolojisindeki bazı güncel araştırma yönleri nelerdir?
Calvin Döngüsü biyolojisindeki bazı güncel araştırma yönleri arasında Rubisco aktivitesinin düzenlenmesini anlamak ve karbon fiksasyon verimliliğini artırabilecek alternatif enzimleri tanımlamak, Calvin Döngüsü enzimlerinin düzenlenmesinde translasyon sonrası modifikasyonların rolünü araştırmak ve fotosentezin çevresel değişikliklere tepkisini tahmin etmek için hesaplamalı modeller geliştirmek yer almaktadır.