高中生物教学经验——光合作用暗反应阶段卡尔文循环详析

高中生物教学经验 ——光合作用暗反应阶段卡尔文循环详析 鉴于高中生物必修1中对光合作用暗反应阶段的陈述过于简陋，而大多教辅更是对这看似无比复杂的卡尔文循环具体过程避而不谈或笼统讲解，造成学生们对相关概念和过程的误解，最后将直接影响到解题。本文看似复杂，但个人认为，仅需有一定的有机化学基础（即高一下学期的学生）都能驾驭，并理解。好，下面我们开始分析一下卡尔文循环的实质。 -----------------------------------先附图一张--------------------------------------- 卡尔文循环是一种类似于克雷伯氏循环（即柠檬酸循环）的新陈代谢过程，其可使起始物质以分子的形态进入和离开这循环后发生再生。碳以二氧化碳形态进入，并以糖的形态离开。整个循环是利用ATP作为能量来源，并以降低能阶的方式来消耗NADPH，如此以增加高能电子来制造糖。 从卡尔文循环中所直接制造出来的碳水化合物并不是葡萄糖，而是一种称为3-磷酸甘油醛的三碳糖。为了要合成1摩尔这种碳，整个循环过程必须发生3次的取代作用，将3摩尔的二氧化碳固定。 卡尔文循环主要分为以下三个过程： Ⅰ. 碳的固定（羧化） 大部分植物会将吸收到的1分子CO2通过一种叫1, 5-二磷酸核酮糖羧化酶(Rubisco)的作用整合到1个五碳糖分子1,5-二磷酸核酮糖(RuBP)的第二位碳原子上,形成六碳化合物,此过程称为二氧化碳的固定,也叫羧化。但是固定后的六碳化合物十分不稳定,它立刻分解为2分子的3-磷酸甘油酸(PGA)。 Ⅱ. 3-磷酸甘油醛（G3P）的合成（还原） 每个PGA分子从ATP取得一个磷酸,再从NADPH取得2个电子,将羧基还原为醛基而成贮能更多的G3P(G3P: 3-磷酸甘油醛,一种由葡萄糖经过糖原酵解分裂产生的三碳糖)。每3个CO2需循环3次可生成6个G3P,但是这种三碳糖只有1个能够真正被获得,用来合成葡萄糖或其他糖类,这1个G3P才是卡尔文循环的净收入;其余5个G3P再经过一系列复杂的变化而生成3个一磷酸核酮糖(RUMP), RUMP即CO2的受体而继续循环,从而保证暗反应的顺利进行。 循环一开始是以具有15个碳的碳水化合物去形成3分子的五碳糖RUBP。现在具有18个碳的碳水化合物形成了六分子G3P，1摩尔脱离了循环而被植物细胞所使用，但是其他的5摩尔则必须被