卡尔文循环是光合作用的一个阶段，它利用依赖光的反应所储存的能量形成葡萄糖和其他碳水化合物分子。
光呼吸产生于O2和有限公司2在Rubisco酶的活性位点氧化作用降低了羧化的速率，因此降低了净碳同化和光合作用的能量效率。此外，Rubisco氧化的产物之一，2-磷酸乙醇酸(2-PG)，是参与卡尔文循环的几种必需酶(SBPase和TPI)的强抑制剂。
由于卡尔文循环与碳固定率直接相关，其调节对整体代谢稳定至关重要，因此对植物应对环境波动的能力至关重要，例如光强或温度的变化。
研究正在进行中减少光呼吸损失，从而通过基因工程增加净光合作用。
在最近发表于在网上Thomas Nägele教授和他的博士生Jakob Hernandez Ludwig-Maximilians-Universität München使用结构动力学建模来确定光呼吸元素对于卡尔文循环的稳定性的必要性。
动力学建模使用方程描述生物系统中的物理和生化过程，其输出提供了关于系统行为的信息。动力学建模依赖于描述酶对其亲和力的参数值的知识底物，反应速度和酶对抑制的敏感性通过调控分子。卡尔文循环是由11种不同的酶来催化13种反应。根据Hernandez的说法，“卡尔文循环中酶的参数值很少，因为它们难以测量，并且取决于温度和ph值等因素。我们通过将动力学建模与结构建模相结合来克服这一障碍。”
使用标准动力学建模，通常需要以下参数值:
- 最大反应速率，
- 酶对底物的亲和性
- 酶对抑制剂具有亲和力。
在结构动力学建模，使用更容易获取的替代值:
- 底物和产品的数量，和
- 酶的相互转化速率。
首先，运行了两个结构动力学模型版本——包括或不包括光呼吸——以确定光呼吸是否以及在多大程度上稳定了卡尔文循环。稳定性表明必需的代谢物浓度处于可持续的稳定状态，允许循环继续。Hernandez和Nägele发现，包括光呼吸显著地稳定了卡尔文循环，因此是不断变化的环境中的必要过程。
接下来，作者研究了光呼吸的哪些元素对卡尔文循环的稳定性是必要的。他们首先关注抑制剂2-PG，这是光呼吸的产物。包括光呼吸的模型在不同程度的2-PG抑制下运行，以确定其对卡尔文循环稳定性的影响。2-PG的调节被发现可以增加卡尔文循环的稳定性。
Hernandez总结说:“这项工作的价值在于估计在环境变化下碳同化和代谢稳定之间的权衡。”
阅读这篇文章:
雅各布·塞巴斯蒂安·埃尔南德斯，托马斯Nägele，光呼吸在变化环境中的权衡功能，在网上植物,2022;diac022,https://doi.org/10.1093/insilicoplants/diac022
这篇文章是特刊的一部分光合作用的多尺度模拟．