The C3 Cycle (Calvin Cycle) PDF

The C3 cycle, also known as the Calvin cycle, is a series of biochemical reactions in photosynthesis that takes place in the stroma of the chloroplasts in plant cells (and in some bacteria). It is a key part of the process by which plants convert light energy into chemical energy, producing organic...

The C3 cycle, also known as the Calvin cycle, is a series of biochemical reactions in photosynthesis that takes place in the stroma of the chloroplasts in plant cells (and in some bacteria). It is a key part of the process by which plants convert light energy into chemical energy, producing organic compounds (such as glucose) that are used by the plant for growth, development, and energy storage. The term C3 cycle comes from the fact that the first stable product of the cycle is a three-carbon compound, 3- phosphoglycerate (3-PGA). Overview of the C3 Cycle (Calvin Cycle) The Calvin cycle is divided into three main stages: carbon fixation, reduction, and regeneration of the starting molecule. 1. Carbon Fixation: o The cycle begins when carbon dioxide (CO₂) from the atmosphere enters the plant cell and is fixed into a stable organic form. o Ribulose bisphosphate (RuBP), a five-carbon sugar, reacts with CO₂ in a reaction catalyzed by the enzyme RuBisCO (ribulose bisphosphate carboxylase/oxygenase). This produces an unstable six-carbon intermediate that immediately splits into two molecules of 3-phosphoglycerate (3- PGA), a three-carbon compound. RuBP (5C)+CO2→RuBisCO2×3-PGA (3C)\text{RuBP (5C)} + \text{CO}_2 \xrightarrow{\text{RuBisCO}} 2 \times \text{3-PGA (3C)}RuBP (5C)+CO2RuBisCO2×3-PGA (3C) 2. Reduction: o In the next phase, the two molecules of 3-PGA are reduced to a higher-energy compound, glyceraldehyde-3-phosphate (G3P), using ATP and NADPH (which were produced during the light-dependent reactions of photosynthesis). o The ATP provides the energy to phosphorylate 3-PGA, and the NADPH provides electrons to reduce the phosphorylated intermediates to G3P. 3-PGA+ATP+NADPH→G3P+ADP+NADP+\text{3-PGA} + \text{ATP} + \text{NADPH} \rightarrow \text{G3P} + \text{ADP} + \text{NADP}^+3-PGA+ATP+NADPH→G3P+ADP+NADP+ 3. Regeneration of RuBP: o The final step of the Calvin cycle involves the regeneration of RuBP, which is necessary to continue the cycle. This requires additional ATP. Some of the G3P molecules (three-carbon molecules) produced in the reduction phase are used to regenerate RuBP, while others are used to form sugars and other organic molecules that the plant can utilize for growth and energy storage. o For every three molecules of CO₂ fixed, five molecules of G3P are required to regenerate three molecules of RuBP, and the remaining G3P can be used to produce glucose or other sugars. 5×G3P→ATPRuBP (5C)5 \times \text{G3P} \xrightarrow{\text{ATP}} \text{RuBP (5C)}5×G3PATP RuBP (5C) Key Points: Location: The Calvin cycle occurs in the stroma of the chloroplasts, which is the fluid-filled space surrounding the thylakoid membranes where the light reactions of photosynthesis take place. Inputs:  o CO₂: The carbon source, which is fixed into an organic molecule. o ATP and NADPH: These are produced during the light-dependent reactions of photosynthesis and provide the energy and reducing power needed to convert CO₂ into sugars. Outputs: o G3P (Glyceraldehyde-3-phosphate): A three-carbon sugar that can be used to form glucose and other carbohydrates that serve as energy stores for the plant. o RuBP: Regenerated to continue the cycle. Energy Sources: o The ATP produced in the light reactions of photosynthesis is used to power the process. o The NADPH, also produced during the light reactions, provides the electrons needed to reduce 3-PGA to G3P. Importance of the Calvin Cycle: The Calvin cycle is central to the process of photosynthesis, as it converts carbon dioxide (a gas) into usable organic molecules (like glucose) that the plant can store or use for growth and energy. It is called the "dark reaction" or "light-independent reaction" because it does not require light directly, but it relies on the products of the light-dependent reactions (ATP and NADPH) to drive the reactions. C3 चक्र (जिसे कैल्विन चक्र भी कहा िाता है ) पौध ों में प्रकाशसंश्लेषण के दौरान कार्बन डाइऑक्साइड (CO₂) क िैजिक यौजिक ों में पररिजतबत करने िाली प्रजिया है । यह प्रजिया क्लोरोप्लास्ट के स्टर ोमा (ि क्ल र प्लास्ट का तरल भाि है) में ह ती है। इस चि का नाम C3 इसजलए पडा क् जों क पहले स्थिर उत्पाद के रूप में एक तीन-कार्बन यौगिक (3-फॉस्फ स्िसेरेट, 3-PGA) का जनमाबण ह ता है। C3 चक्र के प्रमुख चरण C3 चि क तीन मुख्य चरण ों में र्ााँटा िा सकता है : कार्बन ल्वथिरीकरण (Carbon Fixation) कमी (Reduction) RuBP का पुनगनबमाबण (Regeneration of RuBP) 1. कार्बन ल्वथिरीकरण (Carbon Fixation) इस चरण में, ररर्ुलोज गर्स्फॉस्फेट (RuBP) नामक पाोंच-कार्बन यौजिक के साि CO₂ की प्रजतजिया ह ती है , ि ररर्ुलोज गर्स्फॉस्फेट कार्ोल्विलेज (RuBisCO) एों िाइम की मदद से ह ती है। यह प्रजतजिया एक अस्थिर छह-कार्बन यौजिक र्नाती है , ि तुरोंत द 3-कार्बन यौजिक ,ों 3-फॉस्फोल्विसेरेट (3- PGA) में जिभाजित ह िाता है। RuBP (5C)+CO2→RuBisCO2×3-PGA (3C)\text{RuBP (5C)} + \text{CO}_2 \xrightarrow{\text{RuBisCO}} 2 \times \text{3-PGA (3C)}RuBP (5C)+CO2RuBisCO2×3-PGA (3C) 2. कमी (Reduction) इस चरण में, 3-PGA क ATP और NADPH के माध्यम से ल्विसराल्डे हाइड-3-फॉस्फेट (G3P) में पररिजतबत जकया िाता है। ATP से ऊिाब जमलती है, िर्जक NADPH से इलेक्ट्रॉन जमलते हैं , जिससे 3-PGA क G3P में रूपाोंतररत जकया िाता है। 3-PGA+ATP+NADPH→G3P+ADP+NADP+\text{3-PGA} + \text{ATP} + \text{NADPH} \rightarrow \text{G3P} + \text{ADP} + \text{NADP}^+3-PGA+ATP+NADPH→G3P+ADP+NADP+ 3. RuBP का पुनगनबमाबण (Regeneration of RuBP) इस चरण में, कुछ G3P यौजिक ों का उपय ि RuBP के पुनजनबमाबण में ह ता है , ताजक चि जनरों तर चलता रहे। इसके जलए अजतररक्त ATP की आिश्यकता ह ती है। प्रत्येक तीन CO₂ अणुओों के जलए, पाोंच G3P अणु RuBP क पुनः उत्पन्न करने के जलए इस्तेमाल ह ते हैं। इससे चि द र्ारा शुरू ह ता है। 5×G3P→ATPRuBP (5C)5 \times \text{G3P} \xrightarrow{\text{ATP}} \text{RuBP (5C)}5×G3PATP RuBP (5C)  C3 चक्र का महत्व: C3 चि का मुख्य उद्दे श्य CO₂ क िैजिक यौजिक ों में पररिजतबत करना है। इस प्रजिया से प्राप्त िूकोज और अन्य शकबराएाँ पौध ों के जलए ऊिाब और सोंरचना प्रदान करती हैं। यह चि प्रकाशगनर्बर प्रगतगक्रयाओं (light-dependent reactions) से प्राप्त ATP और NADPH का उपय ि करता है, ि प्रकाशसंश्लेषण के पहले चरण में र्नते हैं। C3 चक्र में इस्तेमाल होने वाली प्रमुख पदािब: CO₂ (कार्बन डाइऑक्साइड): यह िायुमोंडल से प्राप्त ह ता है और यह चि का प्रारों जभक तत्व है। ATP और NADPH: ये पदािब प्रकाशजनभबर प्रजतजियाओों से प्राप्त ह ते हैं और C3 चि में ऊिाब और इलेक्ट्रॉन ों के रूप में य िदान करते हैं । गनष्कषब: C3 चि पौध ों में प्रकाशसंश्लेषण की प्रजिया का एक केंद्रीय जहस्सा है , जिसमें CO₂ क स्थिर िैजिक यौजिक ों में पररिजतबत जकया िाता है। इस चि के माध्यम से पौधे अपनी ऊिाब क र्नाए रखते हैं और अपने जलए आिश्यक कार्ोहाइडर े ट्स (िैसे िूक ि) उत्पन्न करते हैं।