يمكن تقسيم عملية التمثيل الضوئي للنبات إلى قسمين. يتطلب الجزء الأول الضوء لتحويل الطاقة الضوئية إلى طاقة كيميائية ، وتسمى تفاعلاته الكيميائية تفاعلات تعتمد على الضوء. الجزء الثاني ، الذي يستخدم الطاقة الكيميائية الناتجة عن الجزء الأول لإنتاج الكربوهيدرات النباتية للأغذية النباتية ، يتكون من تفاعلات مستقلة عن الضوء. تسمى التفاعلات المستقلة عن الضوء أيضًا دورة كالفين ، نسبة إلى الكيميائي ميلفين سي. كالفين الحائز على جائزة نوبل في الكيمياء عام 1961 بعد تحديد العملية.
TL ؛ DR (طويل جدًا ؛ لم أقرأ)
ردود الفعل المستقلة للضوء لعملية التمثيل الضوئي هي ردود الفعل الأربعة التي تحدث في الجزء الأخير من عملية التمثيل الضوئي. تُعرف أيضًا باسم دورة كالفين ، والخطوات الأربع للتفاعلات المستقلة عن الضوء أو المظلمة هي تثبيت الكربون ، والاختزال ، وتكوين الكربوهيدرات ، وتجديد الإنزيمات الأولية. بينما تُعرف باسم ردود الفعل المظلمة لأنها لا تحتاج إلى الضوء للاستمرار ، تحدث ردود الفعل خلال النهار في نفس الوقت مثل التفاعلات المعتمدة على الضوء لأن التفاعلات المظلمة تحتاج إلى نواتج كيميائية من التفاعلات المعتمدة على الضوء كمواد متفاعلة للأربعة خطوات.
نظرة عامة على دورة كالفين
تستخدم دورة كالفين المواد الكيميائية التي يتم إنتاجها أثناء التفاعلات المعتمدة على الضوء لإصلاح ثاني أكسيد الكربون وإنتاج الكربوهيدرات التي تحتاجها النباتات للبقاء على قيد الحياة. بشكل عام ، يتم تغيير المواد الكيميائية الأولية المحتوية على الهيدروجين من المرحلة الأولى من التمثيل الضوئي وثاني أكسيد الكربون إلى كربوهيدرات.
في التفاعلات المعتمدة على الضوء ، يُمتص الضوء وتستخدم الطاقة لتقسيم جزيئات الماء. يتم نقل أيونات الهيدروجين والإلكترونات الناتجة إلى النيكوتيناميد الكيميائي فوسفات الأدينين ثنائي النوكليوتيد (NADP+) لإنتاج فوسفات الأدينين ثنائي النوكليوتيد المختزل (NADPH) عن طريق إضافة إلكترونين وأيون الهيدروجين. في الوقت نفسه ، يتم تغيير مادة الأدينوزين ثنائي الفوسفات الكيميائية (ADP) إلى أدينوسين ثلاثي الفوسفات (ATP) عن طريق إضافة مجموعة فوسفات. تُستخدم المواد الكيميائية الجديدة لتخزين الطاقة الممتصة من الضوء وإتاحتها لدورة كالفين.
تستخدم دورة كالفين الهيدروجين من NADPH ، والكربون من ثاني أكسيد الكربون والطاقة من ATP لإنتاج الكربوهيدرات التي يحتاجها النبات. خلال هذه العملية يتم تغيير NADPH و ATP مرة أخرى إلى NADP+ و ADP بحيث تكون متاحة مرة أخرى لتفاعلات إضافية تعتمد على الضوء.
مفاعلات دورة كالفين ومنتجاتها
تحدث دورة كالفين داخل البلاستيدات الخضراء للخلايا النباتية. تحتوي كل خلية على العديد من البلاستيدات الخضراء ، وتشكل الخلايا التي تحتويها أوراق النبات. داخل البلاستيدات الخضراء ، تحدث تفاعلات دورة كالفين في السدى. المتفاعلات CO2يبدأ ATP و NADPH التفاعلات ذات الأربع خطوات التي تشكل دورة كالفين.
الخطوة الأولى هي إصلاح الكربون من ثاني أكسيد الكربون في الهواء. ترتبط ذرات الكربون بجزيء سكر وسيط. في الخطوة الثانية ، يتم نقل مجموعة الفوسفات من ATP إلى إنزيم وسيط ، ويتم استخدام الإلكترونات من NADPH لتقليل السكر الوسيط من الخطوة 1. في الخطوة الثالثة ، يتفاعل السكر الوسيط مع الإنزيم الوسيط لتكوين الجلوكوز ، ويمكن أن تستخدمه نباتات الكربوهيدرات الأساسية كغذاء. في الخطوة الرابعة ، يتم تجديد المواد الكيميائية الأصلية اللازمة للتفاعل. منتجات التفاعل هي الجلوكوز و ADP و NADP+. يتم استخدام الأخيرين مرة أخرى في التفاعلات المعتمدة على الضوء.
بينما يمكن أن تحدث تفاعلات دورة كالفن في غياب الضوء ، فهي في الواقع تعتمد على الضوء في النباتات وتحدث خلال النهار. يأتي هذا الاعتماد من المتفاعلات المطلوبة ATP و NADPH ، والتي يتم استخدامها بسرعة بواسطة تفاعلات دورة كالفين. يتم تجديد المواد المتفاعلة من خلال التفاعلات المعتمدة على الضوء من نواتج دورة كالفين ADP و NADP+. تعتمد عملية التمثيل الضوئي الكاملة على الأداء المنسق لكل من التفاعلات المعتمدة على الضوء والظلام لإنتاج الكربوهيدرات من الضوء والماء وثاني أكسيد الكربون.