Pha tối trong quang hợp (chu trình Calvin)

Pha tối trong quang hợp (chu trình Calvin) Sự kết hợp CO2 vào một chất nhận hữu cơ (sự đồng hoá CO2) là một trong những quá trình sinh học quan trọng nhất. Nhờ quá trình này mà cacbon vô cơ được đưa vào thế giới sống. Phản ứng được xúc tác bởi enzyme ribulosediphosphate- carboxylase (RuDPcarboxylase), enzyme này có nhiều trong lá xanh và nó chiếm khoảng 30-50% protein hoà tan trong lá. Enzyme gồm 8 tiểu đơn vị lớn và 8 tiểu đơn vị nhỏ, trong đó chỉ có các tiểu đơn vị lớn có hoạt tính xúc tác, các tiểu đơn vị nhỏ có chức năng điều khiển. Thú vị hơn là thông tin di truyền của các tiểu đơn vị lớn định vị ở trên DNA của lạp thể (DNA là chất mang gen). Để xúc tác enzyme cần những điều kiện hoàn toàn xác định, đó là giá trị pH (pH 8,3-8,6) và nồng độ Mg2+ tương đối cao. Cả hai đều bị tác động bởi sự vận chuyển e- qua màng thylacoid. Vì vậy enzyme chỉ hoạt động trong điều kiện chiếu sáng. Phản ứng này giải phóng nhiệt (G01 = -40 x 103J) và tương ứng với phương trình sau: 77 Người ta cho rằng carboxyl hoá ribulosediphosphate (RuDP) dẫn đến tạo thành một hợp chất trung gian có 6 nguyên tử C với enzyme, sau đó được tách ra thành hai phân tử phosphoglyceric acid. Như sơ đồ trên CO2 được tiếp nhận có mặt trong phosphoglyceric acid “phía trên” và O từ phân tử H2O được tiếp nhận thì ở trong phosphoglyceric acid “phía dưới”. Một thời gian dài người ta đánh giá thấp hoạt động của enzyme này vì khi phân lập enzyme thường mất hoạt tính. Khó khăn nữa là CO2 không những là cơ chất mà còn ảnh hưởng trực tiếp đến xúc tác. Ngày nay người ta biết hoạt tính của enzyme được đặc trưng bởi hệ số Km (CO2) từ 10-20m là đủ để sự đồng hoá CO2 xảy ra trong tự nhiên. Sản phẩm carboxyl hoá, phosphoglyceric acid được khử để tạo thành aldehydphosphoglyceric. Quá trình này thu năng lượng, cần ATP và NADPH. Cả hai coenzyme tồn tại ở stroma của lục lạp nhờ phản ứng sáng. Khi không có ánh sáng, nồng độ ATP và NADPH thấp thì phản ứng xảy ra ngược lại, nghĩa là aldehydphosphoglyceric bị oxy hoá thành phosphoglyceric acid. Phản ứng khử phosphoglyceric acid tạo ra sản phẩm trung gian là 1,3 điphosphoglyceric acid. Ở quá trình này bên cạnh ATP và NADPH còn có một SH-enzyme-photphoglycerate- dehydrogenase tham gia, được biểu diễn ở sơ đồ sau: