问答题
(浙江大学2009年考研试题)描述卡尔文循环的反应过程,它的反应实质是什么?在此过程中的一些酶是受光的有无来调控的,生物为什么要产生这样一种调控机制?
【正确答案】正确答案:(1)1945年美国的Calvin M等人利用单细胞小球藻作为实验材料,应用
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C示踪技术和双向纸层析法,经过十年的研究揭示了光合作用暗反应阶段碳素同化及受体再生的循环途径,因此称为卜尔文循环(Calvincycle)。由于途径中的最初产物是三碳化合物(3一磷酸甘油酸),故也称作C3途径。整个循环可分为三个阶段: 1)CO
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固定。卡尔文循环将每个单一的CO
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附着在二磷酸核酮糖(RuBP)上。催化这起始步骤的酶是二磷酸核酮糖羧化酶(Rubisco)。这个反应的产物,是一种含6个碳且不稳定的中间产物,其立即就会分裂为二摩尔的3一磷酸甘油酸。 2)3一磷酸甘油醛的合成。每摩尔的3-磷酸甘油酸会接收一个额外的磷酸根,接着酶会将此磷酸根转换为ATP。由NADPH所捐出的电子对,会使1,3-二磷酸甘油酸变成磷酸甘油醛。由NADPH而来的电子减少了3-磷酸甘油酸中的羧基,使之生成一个羰基而变为3-磷酸丙糖,如此可驻留更多的位能。 3)二磷酸核酮糖(RuBP)的再形成。利用已形成的3一磷酸甘油醛经一系列的相瓦转变,最终再生成5-磷酸核酮糖。然后在磷酸核酮糖激酶的催化下发生磷酸化作用形成RuBP,再消耗一分子ATP。 卡尔文循环是靠光反应合成的ATP及NADPH作能源,推动CO
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的固定、还原。每循环一次只能固定一个CO
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分子,循环六次才能把6个CO
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分子同化成一个葡萄糖分子。所以卡尔文循环的反应实质就是同化CO
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形成葡萄糖的酶促反应。 (2)光可以活化卡尔文循环中的5种酶:二磷酸核酮糖羧化酶、3-磷酸甘油醛脱氢酶、果糖-1,6一二磷酸酯酶、景天庚酮糖一1,7一二磷酸酯酶、5-磷酸核酮糖激酶。光能使这些酶活化,加速CO
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的固定和还原,并且调节了卡尔文循环运转的速度,在光下运转速度加快。而在黑暗中,酶活性受到抑制,CO
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的同化也受到抑制,使光下合成的糖可以用于糖酵解的原料。所以卡尔文循环中一些酶受光的有无来调控,是为了在有光时使加速进行CO
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的同化,无光时降低光合速度和启动叶绿体内的糖酵解过程,以保证了叶绿体内部分能源和物质的需要。
【答案解析】