Calvin-Zyklus

Der Calvin-Zyklus wurde 1950 von den Wissenschaftlern Melvin Calvin, Andrew Benson und James Bassham entdeckt und erstmals beschrieben.^[1] Er gilt als zweiter Schritt der Photosynthese und wird auch als Dunkelreaktion bezeichnet.

Die Reaktionen des Calvin-Zyklus finden in drei Phasen statt:

Fixierung von CO₂

Die CO₂-Moleküle werden von dem Enzym RuBisCO (Ribulose-1,5-bisphosphat-Carboxylase/Oxygenase) an Ribulose-1,5-bisphosphat (RuBP) gebunden, um ein instabiles Zwischenprodukt zu bilden, das sofort in zwei Moleküle 3-Phosphoglycerat (3-PG) zerfällt.

Reduktion von 3-Phosphoglycerat (3-PG)

In der Reduktionsphase werden ATP und NADPH verwendet, um die 3-PG-Moleküle in Glycerinaldehyd-3-phosphat (GAP) umzuwandeln. Der Reduktionsprozess kann in zwei Phasen unterteilt werden:

• Die 3PG-Moleküle werden unter der Verwendung von ATP durch die Phosphorylierung jeweils zu 1,3-Bisphosphoglycerat aktiviert.
• Das 1,3-Bisphosphoglycerat wird reduziert und erhält jeweils zwei Elektronen von NADPH. Dadurch verliert es die Phosphatgruppen und wird in GAP umgewandelt.

Regeneration von Ribulose-1,5-bisphosphat (RuBP)

Bei der Fixierung von insgesamt drei CO₂-Molekülen an RuBP und der anschließenden Reduktion, entstehen sechs GAP-Moleküle. Im letzten Schritt des Calvin-Zyklus werden fünf GAP-Moleküle genutzt, um das für den ersten Schritt des Zyklus benötigte RuBP wiederherzustellen. Die Regeneration erfolgt durch eine Serie von Enzymreaktionen, bei denen ATP verbraucht wird. Das verbleibende GAP-Molekül wird für die Herstellung eines Kohlenhydratmoleküls verwendet. Da es sich bei dem resultierenden Kohlenhydratmolekül meist um Glukose handelt, werden insgesamt sechs Durchläufe des Calvin-Zyklus für die Bildung eines Glukose-Moleküls benötigt.

Ablauf des Calvin-Zyklus