卡尔文循环发现史

卡尔文循环(2009-10-1103:13:37)卡尔文循环的阐明要既要归功于实验的设计巧妙，还要归功于电泳技术和同位素示踪技术的发展。20世纪的50年代，MelvinCalvin及其同事开始使用单细胞光合有机体——小球藻(Chlorella)悬液研究光合作用的暗反应。他们首先提供给小球藻细胞持续的光照和CO2，使光合作用处于稳态。接着，他们在短时间内加入放射性同位素标记的14CO2以标记循环的中间物。然后，将细胞悬液迅速倾入煮沸的乙醇溶液中杀死细胞，致使酶失活。最后，使用双相纸电泳和放射自显影分离、分析循环中的中间物（图25-32）。图25-32Calvin实验的电泳和放射自显影图谱Calvin通过这种方法，鉴定出碳同化过程中形成的甘油酸-3-磷酸(PGA)和其他一些磷酸糖中间物。为了找出最早形成的碳的同化中间物，他们在细胞接触到14CO2以后不同的时段(间隔3s、5s、10s和15s)内，杀死细胞，比较最后的电泳和放射自显影图谱，结果发现甘油酸-3-磷酸是一个稳定的中间物。于是他们认为，甘油-3-磷酸是最早形成的同化中间物，而其他被标记的磷酸糖中间物则是它的衍生物。为了推导出整个同化途径，需要确定14C在每一个被标记的糖上的位置。Calvin及其同事在小球藻短暂与14CO2接触以后，杀死细胞，分离出各中间物，然后使用化学降解的方法确定每一种中间物上每一个位置C原子的14C的相对含量。结果显示，14C起初主要出现在甘油酸-3-磷酸的羧基上。这个结果似乎在说明：CO2的起始受体是一个二碳化合物。这样的推论促使卡尔文拼命去寻找那种假定的中间物，但是却一无所获。后来卡尔文发现，戊糖单磷酸和戊糖二磷酸(核酮糖)也参与循环。这就意味着还有另外一种可能性，即五碳化合物作为CO2的起始受体。这种在观念上的突破让他们很快确定了核糖-1，5-二磷酸是CO2的最初受体，并最终导致全部循环步骤的阐明。卡尔文的工作大大促进了人类对地球上所有生命都很重要的光合作用的暗反应的认识，他当之无愧地荣获了1961年的诺贝尔化学奖。