Die Photosynthese der Pflanzen lässt sich in zwei Teile unterteilen. Der erste Teil erfordert Licht, um Lichtenergie in chemische Energie umzuwandeln, und seine chemischen Reaktionen werden als lichtabhängige Reaktionen bezeichnet. Der zweite Teil, der die durch den ersten Teil erzeugte chemische Energie nutzt, um pflanzliche Kohlenhydrate für pflanzliche Nahrung zu produzieren, besteht aus lichtunabhängigen Reaktionen. Die lichtunabhängigen Reaktionen werden auch Calvin-Zyklus genannt, nach dem Chemiker Melvin C. Calvin, der 1961 den Nobelpreis für Chemie gewann, nachdem er das Verfahren identifiziert hatte.
TL; DR (zu lang; nicht gelesen)
Die lichtunabhängigen Reaktionen der Photosynthese sind die vier Reaktionen, die im späteren Teil des Photosyntheseprozesses stattfinden. Auch bekannt als Calvin-Zyklus, die vier Schritte der lichtunabhängigen oder dunklen Reaktionen sind Kohlenstofffixierung, Reduktion, Kohlenhydratbildung und Regeneration der anfänglichen Enzyme. Obwohl sie als dunkle Reaktionen bekannt sind, weil sie kein Licht benötigen, um fortzufahren, finden die Reaktionen während des Tages zur gleichen Zeit statt wie die lichtabhängige Reaktionen, weil die Dunkelreaktionen die chemischen Produkte der lichtabhängigen Reaktionen als Reaktionspartner für die vier Schritte.
Überblick über den Calvin-Zyklus
Der Calvin-Zyklus verwendet die Chemikalien, die während der lichtabhängigen Reaktionen produziert werden, um Kohlendioxid zu fixieren und die Kohlenhydrate zu produzieren, die Pflanzen zum Überleben brauchen. Insgesamt werden die wasserstoffhaltigen Vorläuferchemikalien aus der ersten Stufe der Photosynthese und Kohlendioxid in Kohlenhydrate umgewandelt.
Bei den lichtabhängigen Reaktionen wird Licht absorbiert und die Energie zur Spaltung von Wassermolekülen genutzt. Die resultierenden Wasserstoffionen und Elektronen werden auf das chemische Nicotinamid-Adenin-Dinukleotid-Phosphat (NADP .) übertragen+), um reduziertes Nicotinamidadenindinukleotidphosphat (NADPH) durch Zugabe von zwei Elektronen und einem Wasserstoffion herzustellen. Gleichzeitig wird die Chemikalie Adenosindiphosphat (ADP) durch Hinzufügen einer Phosphatgruppe in Adenosintriphosphat (ATP) umgewandelt. Die neuen Chemikalien dienen dazu, die vom Licht aufgenommene Energie zu speichern und für den Calvin-Zyklus zur Verfügung zu stellen.
Der Calvin-Zyklus verwendet den Wasserstoff aus NADPH, den Kohlenstoff aus Kohlendioxid und Energie aus ATP, um die Kohlenhydrate zu produzieren, die die Pflanze benötigt. Dabei werden NADPH und ATP wieder in NADP. umgewandelt+ und ADP, damit sie für weitere lichtabhängige Reaktionen wieder zur Verfügung stehen.
Reaktanten und Produkte des Calvin-Zyklus
Der Calvin-Zyklus findet in den Chloroplasten von Pflanzenzellen statt. Jede Zelle hat mehrere Chloroplasten, und die Zellen, die sie enthalten, bilden die Blätter der Pflanze. Innerhalb der Chloroplasten finden im Stroma die Reaktionen des Calvin-Zyklus statt. Die Reaktionspartner CO2, ATP und NADPH initiieren die vierstufigen Reaktionen, aus denen der Calvin-Zyklus besteht.
Im ersten Schritt wird Kohlenstoff aus Kohlendioxid in der Luft fixiert. Kohlenstoffatome sind an ein intermediäres Zuckermolekül gebunden. Im zweiten Schritt wird eine Phosphatgruppe von ATP auf ein Zwischenenzym übertragen und Elektronen von NADPH werden verwendet, um den Zwischenzucker aus Schritt 1 zu reduzieren. Im dritten Schritt reagiert der Zwischenzucker mit dem Zwischenenzym zu Glukose, das basische Kohlenhydrat können Pflanzen als Nahrung nutzen. Im vierten Schritt werden die für die Reaktion benötigten Originalchemikalien regeneriert. Die Reaktionsprodukte sind Glucose, ADP und NADP+. Die beiden letzteren werden wiederum in lichtabhängigen Reaktionen verwendet.
Während die Calvin-Zyklus-Reaktionen in Abwesenheit von Licht ablaufen können, sind sie in Pflanzen tatsächlich lichtabhängig und finden tagsüber statt. Diese Abhängigkeit kommt von den benötigten Reaktionspartnern ATP und NADPH, die von den Calvin-Zyklus-Reaktionen schnell aufgebraucht werden. Die Reaktanten werden durch die lichtabhängigen Reaktionen aus den Calvin-Zyklusprodukten ADP und NADP. ergänzt+. Der gesamte Photosyntheseprozess beruht auf einem koordinierten Funktionieren sowohl der lichtabhängigen als auch der Dunkelreaktion, um aus Licht, Wasser und Kohlendioxid Kohlenhydrate zu produzieren.