Фотосинтезата на растенията може да бъде разделена на две части. Първата част изисква светлината, за да промени светлинната енергия в химическа енергия и нейните химични реакции се наричат зависими от светлината реакции. Втората част, която използва химическата енергия, създадена от първата част, за производство на растителни въглехидрати за растителна храна, се състои от независими от светлината реакции. Реакциите, независими от светлината, се наричат още цикъл на Калвин, след химика Мелвин С. Калвин, който спечели Нобелова награда за химия през 1961 г., след като идентифицира процеса.
TL; DR (твърде дълго; Не прочетох)
Независимите от светлината реакции на фотосинтезата са четирите реакции, които протичат в по-късната част от процеса на фотосинтеза. Известен също като цикъл на Калвин, четирите стъпки на независимите от светлина или тъмни реакции са фиксиране на въглерод, редукция, образуване на въглехидрати и регенерация на първоначалните ензими. Докато са известни като тъмни реакции, тъй като не се нуждаят от светлина, за да продължат, реакциите се провеждат през деня по едно и също време с зависими от светлината реакции, тъй като тъмните реакции се нуждаят от химичните продукти от зависимите от светлината реакции като реагенти за четирите стъпки.
Преглед на цикъла на Калвин
Цикълът на Калвин използва химикалите, получени по време на зависимите от светлината реакции, за да фиксира въглеродния диоксид и да произвежда въглехидратите, които растенията трябва да оцелеят. Като цяло предшествениците химикали, съдържащи водород от първия етап на фотосинтеза и въглероден диоксид, се променят на въглехидрати.
В зависимите от светлината реакции светлината се абсорбира и енергията се използва за разделяне на водните молекули. Получените водородни йони и електрони се прехвърлят в химически никотинамид аденин динуклеотид фосфат (NADP+) за получаване на редуциран никотинамид аденин динуклеотид фосфат (NADPH) чрез добавяне на два електрона и водороден йон. В същото време химикалът аденозин дифосфат (ADP) се променя на аденозин трифосфат (ATP) чрез добавяне на фосфатна група. Новите химикали се използват за съхраняване на енергията, погълната от светлината, и я правят достъпна за цикъла на Калвин.
Цикълът на Калвин използва водорода от NADPH, въглерода от въглеродния диоксид и енергията от АТФ за производството на въглехидратите, от които растението се нуждае. По време на този процес NADPH и ATP се променят обратно на NADP+ и ADP, така че отново да са на разположение за допълнителни зависими от светлината реакции.
Циклични реактиви и продукти на Calvin
Цикълът на Калвин се провежда в рамките на хлоропластите на растителните клетки. Всяка клетка има няколко хлоропласта и съдържащите ги клетки образуват листата на растението. Вътре в хлоропластите в стромата протичат реакции на цикъла на Калвин. Реактивите CO2, ATP и NADPH инициират четиристепенните реакции, които изграждат цикъла на Калвин.
Първата стъпка фиксира въглерода от въглеродния диоксид във въздуха. Въглеродните атоми са прикрепени към междинна захарна молекула. Във втория етап фосфатна група от АТФ се прехвърля към междинен ензим и се използват електрони от NADPH за намаляване на междинната захар от етап 1. В третия етап междинната захар реагира с междинния ензим, образувайки глюкоза, която основните въглехидратни растения могат да използват като храна. В четвъртия етап се регенерират оригиналните химикали, необходими за реакцията. Продуктите на реакцията са глюкоза, ADP и NADP+. Последните две се използват отново в зависими от светлината реакции.
Докато реакциите на цикъла на Калвин могат да протичат при липса на светлина, те всъщност са зависими от светлината в растенията и протичат през деня. Тази зависимост идва от необходимите реактиви ATP и NADPH, които бързо се изразходват от реакциите на цикъла на Калвин. Реактивите се допълват от зависимите от светлината реакции от продуктите на цикъла на Calvin ADP и NADP+. Пълният процес на фотосинтеза разчита на координирано функциониране както на светлинно зависимите, така и на тъмните реакции, за да се получат въглехидрати от светлина, вода и въглероден диоксид.