Tại sao người ta gọi con đường C3 là chu trình?

Tên gọi “chu trình C3” không phải ngẫu nhiên mà xuất phát từ bản chất vòng tuần hoàn của quá trình quang hợp xảy ra trong tế bào thực vật. Việc đặt tên này nhấn mạnh vào hai yếu tố then chốt: sản phẩm ổn định đầu tiên và tính chất tuần hoàn của toàn bộ quá trình.

Thay vì một con đường thẳng tắp, chu trình C3 mô tả một loạt các phản ứng hóa học liên kết chặt chẽ với nhau, tạo thành một vòng khép kín. Điểm mấu chốt nằm ở việc tái sinh liên tục của Ribulose-1,5-bisphosphate (RuBP), một phân tử đường 5 cacbon. Đây chính là chất nhận CO₂ ban đầu, khởi động toàn bộ chu trình.

Quá trình bắt đầu khi một phân tử CO₂ được cố định vào RuBP nhờ enzyme RuBisCO, tạo thành một hợp chất trung gian không bền vững gồm 6 cacbon. Hợp chất này nhanh chóng bị phân giải thành hai phân tử 3-phosphoglycerat (3-PGA), mỗi phân tử đều là những hợp chất 3 cacbon. Chính vì 3-PGA là sản phẩm ổn định đầu tiên có chứa 3 nguyên tử cacbon mà chu trình này được đặt tên là chu trình C3.

Tuy nhiên, 3-PGA chỉ là một bước trung gian. Qua một loạt các phản ứng, bao gồm cả quá trình phosphoryl hóa và khử, 3-PGA được chuyển đổi thành glyceraldehyd-3-phosphate (G3P), một phân tử đường 3 cacbon. Một phần G3P được sử dụng để tổng hợp glucose và các chất hữu cơ khác, cung cấp năng lượng và vật liệu xây dựng cho cây. Phần còn lại, quan trọng hơn, được sử dụng để tái tạo RuBP, đóng kín vòng tuần hoàn. Quá trình tái tạo này tiêu tốn năng lượng ATP và NADPH được sản sinh trong pha sáng của quang hợp.

Do đó, “chu trình” trong chu trình C3 không chỉ đơn thuần là một chuỗi các phản ứng, mà còn thể hiện bản chất vòng tuần hoàn, lặp đi lặp lại của quá trình cố định CO₂, tạo sản phẩm, và tái tạo chất nhận ban đầu. Chính sự tuần hoàn này đảm bảo quá trình quang hợp diễn ra liên tục và hiệu quả, cung cấp năng lượng cho sự sống trên Trái Đất. Tên gọi ngắn gọn “chu trình C3” đã tóm gọn được chính xác bản chất phức tạp nhưng đầy tinh tế này.