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0. 卡尔文循环（Calvin cycle）

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作者：admin

2026-08-16

科普视频

![[卡尔文循环1.png]] ![[卡尔文循环2.png]]

别名

卡氏循环卡尔文循环开尔文循环 Calvin cycle Calvin-Benson C3循环

简介

卡尔文循环（Calvin cycle）是光合作用里碳反应的一部分，反应场所为叶绿体内的基质，分为三个阶段： 1. 羧化[[0. 二磷酸核酮糖羧化酶（rubisco）]] 2. [[0. C3酸还原到C3糖]] 3. [[0. RuBP再生（还原性磷酸戊糖途径，RPPP）]]

卡尔文循环是一种类似克雷伯氏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。其制造出来的碳水化合物并不是葡萄糖，而是一种称为[[C3：甘油醛 3-磷酸（PGAL；G3P）]]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。

大部分植物会将吸收到的一分子二氧化碳，通过[[0. 二磷酸核酮糖羧化酶（rubisco）]]的作用，整合到一个[[C5：二磷酸核酮糖（ribulose bisphosphate，RuBP）]]的第二位碳原子上。此过程称为二氧化碳的固定。这一步反应的意义是，把原本并不活泼的二氧化碳分子激活，使之随后能被还原。但这种六碳化合物极不稳定，会分解为两分子的三碳化合物[[C3：3-磷酸甘油酸（PGA,3PG）]]。后者被在光反应中生成的NADPH与氢离子还原，此过程需要消耗ATP。产物是3-磷酸丙糖。后来经过一系列复杂的生化反应，一个碳原子将会被用于合成葡萄糖而离开循环。剩下的五个碳原子经一系列变化，最后再生成一分子[[C5：二磷酸核酮糖（ribulose bisphosphate，RuBP）]]，循环重新开始。卡尔文循环每进行六次，生成一分子葡萄糖。

过程

步骤1：碳的固定

[[0. 二磷酸核酮糖羧化酶（rubisco）]]

步骤2：[[C3：甘油醛 3-磷酸（PGAL；G3P）]]的合成

[[0. C3酸还原到C3糖]]

> Tip：每3摩尔的$可产生6摩尔的[[C3：甘油醛 3-磷酸（PGAL；G3P）]]，但是只有1摩尔的这种三碳糖能够真正被获得。循环一开始是以具有15个碳的碳水化合物去形成3摩尔的五碳糖RuBP。现在具有18个碳的碳水化合物形成了6摩尔的[[C3：甘油醛 3-磷酸（PGAL；G3P）]]，1摩尔脱离了循环而被植物细胞所使用，但是其他的5摩尔则被回收以形成3摩尔的[[核酮糖二磷酸（RuBP）]]。

步骤3：[[核酮糖二磷酸（RuBP）]]的再形成

[[0. RuBP再生（还原性磷酸戊糖途径，RPPP）]]

> Tip：在一连串反应中，5摩尔[[C3：甘油醛 3-磷酸（PGAL；G3P）]]碳骨架，在卡尔文循环的最后一个步骤被重新分配为3摩尔的[[核酮糖二磷酸（RuBP）]]。为了完成这个步骤，此循环多耗费了3摩尔的ATP，接着[[核酮糖二磷酸（RuBP）]]又准备好再度接收$，使整个循环又可以继续。为了合成1摩尔[[C3：甘油醛 3-磷酸（PGAL；G3P）]]，卡尔文循环总共需消耗9摩尔的ATP和6摩尔的NADPH，然后借由光反应可再补充这些ATP和NADPH。[[C3：甘油醛 3-磷酸（PGAL；G3P）]]是卡尔文循环中的副产品，并且又是整个新陈代谢步骤的起动物质，可以用来以合成其他的有机化合物，包括葡萄糖和其他碳水化合物。

单独的光反应和单独的卡尔文循环，都不能直接利用$来制造葡萄糖。光合作用是一种在完整的叶绿体中会自然发生的现象，而且叶绿体整合了光合作用的两个阶段。