光合作用中同化
二氧化碳的最初产物是三碳化合物3-磷酸甘油酸的植物被称为碳三植物。
二战之后,
加利福尼亚大学贝克利分校的马尔文·卡尔文与他的同事们研究一种名叫
小球藻属的藻,以确定植物在光合作用中如何固定CO2。此时C14示踪技术和双向纸层析法技术都已经成熟,卡尔文正好在实验中用上此两种技术。
他们将培养出来的藻放置在含有未标记CO2的密闭容器中,然后将C14标记的CO2注入容器,培养相当短的时间之后,将藻浸入热的
乙醇中杀死
细胞,使细胞中的酶变性而失效。接着他们提取到溶液里的分子。然后将提取物应用双向纸层析法分离各种化合物,再通过放射自显影分析放射性上面的斑点,并与已知
化学成份进行比较。
卡尔文在实验中发现,标记有C14的CO2很快就能转变成
有机化合物。在几秒钟之内,层析纸上就出现放射性的斑点,经与已知化学物比较,斑点中的化学成份是三磷酸
甘油酸(3-phosphoglycerate,PGA),是糖酵解的中间体。这第一个被提取到的产物是一个三碳分子,所以将这种CO2固定途径称为
C3途径,将通过这种途径固定CO2的植物称为C3植物。后来研究还发现,CO2固定的C3途径是一个循环过程,人们称之为C3循环。这一循环又称
卡尔文循环。
C3类植物,如米和麦,
二氧化碳经气孔即如叶片后,直接进入叶肉进行卡尔文循环。而C3植物的维管束鞘
细胞很小,不含或含很少
叶绿体,卡尔文循环不在这里发生。