Der Calvin-Zyklus: Schlüsselprozess der Fotosynthese
Der Calvin-Zyklus, auch als Fotosynthese Dunkelreaktion bekannt, ist ein komplexer biochemischer Prozess, der für die Umwandlung von Kohlenstoffdioxid in Glucose essentiell ist. Dieser Zyklus läuft in drei präzise koordinierten Phasen ab, die für das Verständnis der Biologie im Abitur 2024 von zentraler Bedeutung sind.
Definition: Der Calvin-Zyklus ist ein zyklischer Stoffwechselweg, bei dem CO₂ unter Verbrauch von ATP und NADPH in Glucose umgewandelt wird.
In der ersten Phase, der Kohlenstoff-Fixierung, wird CO₂ durch das Enzym RUBISCO (Ribulose-1,5-bisphosphat-Carboxylase/Oxygenase) an Ribulose-1,5-bisphosphat gebunden. Diese Reaktion ist der geschwindigkeitsbestimmende Schritt des gesamten Zyklus und besonders relevant für Biologie Abituraufgaben mit Lösungen. Das entstehende instabile Zwischenprodukt zerfällt sofort in zwei Moleküle 3-Phosphoglycerat.
Die zweite Phase, die Reduktionsphase, nutzt die Energie aus ATP und NADPH, die in der Lichtreaktion gebildet wurden. Hier wird 3-Phosphoglycerat über mehrere Zwischenschritte zu Glycerinaldehyd-3-phosphat reduziert. Diese Phase ist besonders wichtig für das Verständnis der energetischen Kopplung zwischen Licht- und Dunkelreaktion.
In der dritten Phase, der Regenerationsphase, wird der CO₂-Akzeptor Ribulose-1,5-bisphosphat regeneriert, wodurch der Zyklus von neuem beginnen kann. Aus dem überschüssigen Glycerinaldehyd-3-phosphat wird Glucose synthetisiert, die als Energiespeicher dient oder zum Aufbau anderer organischer Verbindungen verwendet wird.