ניתן לחלק פוטוסינתזה של צמחים לשני חלקים. החלק הראשון דורש אור כדי לשנות את אנרגיית האור לאנרגיה כימית, והתגובות הכימיות שלו נקראות תגובות תלויות אור. החלק השני, המשתמש באנרגיה הכימית שיצר החלק הראשון לייצור פחמימות צמחיות למזון מהצומח, מורכב מתגובות שאינן תלויות באור. התגובות שאינן תלויות אור נקראות גם מחזור קלווין, על שם הכימאי מלווין סי. קלווין שזכה בפרס נובל לכימיה בשנת 1961 לאחר שזיהה את התהליך.
TL; DR (ארוך מדי; לא קרא)
התגובות הבלתי תלויות באור של הפוטוסינתזה הן ארבע התגובות המתרחשות בחלק המאוחר יותר של תהליך הפוטוסינתזה. המכונה גם מחזור קלווין, ארבעת השלבים של התגובות הבלתי תלויות באור או כהה הם קיבוע פחמן, הפחתה, יצירת פחמימות והתחדשות האנזימים הראשוניים. התגובות אמנם נקראות התגובות החשוכות מכיוון שאינן צריכות אור כדי להמשיך, אך התגובות מתרחשות במהלך היום באותו זמן כמו תגובות תלויות אור כי התגובות הכהות זקוקות למוצרים הכימיים מהתגובות התלויות באור כמגיבים לארבעה צעדים.
סקירה כללית של מחזור קלווין
מחזור הקלווין משתמש בכימיקלים המיוצרים במהלך התגובות התלויות באור כדי לקבע פחמן דו חמצני ולייצר את הפחמימות שצמחים צריכים כדי לשרוד. בסך הכל, הכימיקלים המקדימים המכילים מימן מהשלב הראשון של הפוטוסינתזה ופחמן דו חמצני מוחלפים לפחמימות.
בתגובות תלויות האור, האור נספג והאנרגיה משמשת לפיצול מולקולות מים. יוני המימן והאלקטרונים המתקבלים מועברים לניקוטינאמיד אדנין דינוקליאוטיד פוספט כימי (NADP+) לייצר פוספט ניקוטינאמיד אדנין דינוקלאוטיד (NADPH) על ידי הוספת שני אלקטרונים ויון מימן. יחד עם זאת, חומר כימי אדנוזין דיפוספט (ADP) משתנה ל אדנוזין טריפוספט (ATP) על ידי הוספת קבוצת פוספט. הכימיקלים החדשים משמשים לאחסון האנרגיה הנספגת מאור ולהפיכתה לזמינה למחזור קלווין.
מחזור הקלווין משתמש במימן מ- NADPH, בפחמן מפחמן דו חמצני ובאנרגיה מ- ATP כדי לייצר את הפחמימות שהצמח זקוק להן. במהלך תהליך זה NADPH ו- ATP מוחלפים חזרה ל- NADP+ ו- ADP כך שהם יהיו זמינים לתגובות נוספות תלויות אור.
מגיבים ומוצרים של קלווין מחזור
מחזור קלווין מתרחש בתוך הכלורופלסטים של תאי הצמח. לכל תא ישנם כלורופלסטים, והתאים המכילים אותם יוצרים את עלי הצמח. בתוך הכלורופלסטים, תגובות מחזור הקלווין מתרחשות בסטרומה. המגיבים CO2, ATP ו- NADPH יוזמים את התגובות בארבע השלבים המרכיבות את מחזור קלווין.
הצעד הראשון מקבע פחמן מפחמן דו חמצני באוויר. אטומי פחמן מחוברים למולקולת סוכר ביניים. בשלב השני, קבוצת פוספט מ- ATP מועברת לאנזים ביניים, ואלקטרונים מ- NADPH משמשים להפחתת סוכר הביניים משלב 1. בשלב השלישי, סוכר הביניים מגיב עם אנזים הביניים ליצירת גלוקוז, צמחי הפחמימה הבסיסיים יכולים להשתמש בהם כמזון. בשלב הרביעי מתחדשים הכימיקלים המקוריים הדרושים לתגובה. מוצרי התגובה הם גלוקוז, ADP ו- NADP+. שני האחרונים משמשים שוב בתגובות תלויות אור.
בעוד שתגובות מחזור הקלווין יכולות להתרחש בהיעדר אור, הן למעשה תלויות אור בצמחים ומתרחשות במהלך היום. תלות זו באה מהמגיבים הנדרשים ATP ו- NADPH, אשר משמשים במהירות את תגובות מחזור הקלווין. המגיבים מתמלאים בתגובות תלויות האור ממוצרי מחזור קלווין ADP ו- NADP+. תהליך הפוטוסינתזה השלם מסתמך על תפקוד מתואם של התגובות התלויות באור וגם כהה כדי לייצר פחמימות מאור, מים ופחמן דו חמצני.