მცენარის ფოტოსინთეზი შეიძლება დაიყოს ორ ნაწილად. პირველ ნაწილში საჭიროა სინათლე სინათლის ენერგიის ქიმიურ ენერგიად შესაცვლელად და მის ქიმიურ რეაქციებს სინათლეზე დამოკიდებულ რეაქციებს უწოდებენ. მეორე ნაწილი, რომელიც იყენებს პირველი ნაწილის მიერ შექმნილ ქიმიურ ენერგიას მცენარეული ნახშირწყლების წარმოებისთვის მცენარეული საკვებისთვის, შედგება სინათლისგან დამოუკიდებელი რეაქციებისგან. სინათლისგან დამოუკიდებელ რეაქციებს კალვინის ციკლსაც უწოდებენ, ქიმიკოსის მელვინ ც. კალვინი, რომელმაც პროცესის იდენტიფიცირების შემდეგ 1961 წელს მოიგო ნობელის პრემია ქიმიაში.
TL; DR (ძალიან გრძელია; არ წავიკითხე)
ფოტოსინთეზის სინათლისგან დამოუკიდებელი რეაქციები არის ოთხი რეაქცია, რომლებიც ხდება ფოტოსინთეზის პროცესის შემდეგ ნაწილში. ასევე ცნობილი როგორც კალვინის ციკლი, სინათლისგან დამოუკიდებელი ან მუქი რეაქციების ოთხი საფეხურია ნახშირბადის ფიქსაცია, შემცირება, ნახშირწყლების ფორმირება და საწყისი ფერმენტების რეგენერაცია. მიუხედავად იმისა, რომ ცნობილია, როგორც ბნელი რეაქციები, რადგან მათ არ სჭირდებათ სინათლე, რეაქციები ხდება დღის განმავლობაში, ამავე დროს სინათლეზე დამოკიდებული რეაქციები, რადგან ბნელ რეაქციებს ესაჭიროებათ ქიმიური პროდუქტები სინათლეზე დამოკიდებული რეაქციებისგან, როგორც რეაქტივები ოთხისთვის ნაბიჯები
კალვინის ციკლის მიმოხილვა
კალვინის ციკლი იყენებს სინათლეზე დამოკიდებული რეაქციების დროს წარმოქმნილ ქიმიკატებს ნახშირორჟანგის დასაფიქსირებლად და ნახშირწყლების წარმოებისთვის, რომლებიც მცენარეთა გადარჩენას საჭიროებს. საერთო ჯამში, ფოტოსინთეზის პირველი ეტაპიდან წყალბადის შემცველი წინამორბედი ქიმიკატები და ნახშირორჟანგი იცვლება ნახშირწყლებით.
სინათლეზე დამოკიდებულ რეაქციებში შუქი შეიწოვება და ენერგია გამოიყენება წყლის მოლეკულების გაყოფისთვის. შედეგად მიღებული წყალბადის იონები და ელექტრონები გადადის ქიმიურ ნიკოტინამიდ ადენინ დინუკლეოტიდ ფოსფატში (NADP+) შემცირებული ნიკოტინამიდის ადენინის დინუკლეოტიდის ფოსფატის (NADPH) წარმოქმნა ორი ელექტრონისა და წყალბადის იონის დამატებით. ამავდროულად, ფოსფატური ჯგუფის დამატებით ქიმიური ადენოზინის დიფოსფატი (ADP) იცვლება ადენოზინტრიფოსფატად (ATP). ახალი ქიმიკატები გამოიყენება სინათლისგან შეწოვილი ენერგიის შესანახად და კალვინის ციკლისთვის ხელმისაწვდომი გახადონ.
კალვინის ციკლი იყენებს წყალბადს NADPH– დან, ნახშირბადს ნახშირორჟანგიდან და ენერგიას ATP– სგან, რომ წარმოქმნას ნახშირწყლები, რაც მცენარეს სჭირდება. ამ პროცესის განმავლობაში NADPH და ATP იცვლება NADP+ და ADP ისე, რომ ისინი კვლავ ხელმისაწვდომი გახდნენ დამატებითი სინათლეზე დამოკიდებული რეაქციებისათვის.
კალვინის ციკლის რეაქტორები და პროდუქტები
კალვინის ციკლი ხდება მცენარეთა უჯრედების ქლოროპლასტებში. თითოეულ უჯრედს აქვს რამდენიმე ქლოროპლასტი და მათი შემცველი უჯრედები ქმნიან მცენარის ფოთლებს. ქლოროპლასტების შიგნით, კალვინის ციკლის რეაქციები ხდება სტრომაში. რეაქტივები CO2, ATP და NADPH იწყებენ ოთხ ნაბიჯ რეაქციებს, რომლებიც ქმნიან კალვინის ციკლს.
პირველი ნაბიჯი აფიქსირებს ნახშირბადს ნახშირორჟანგიდან ჰაერში. ნახშირბადის ატომები ერთვის შუალედურ შაქრის მოლეკულას. მეორე ეტაპზე, ფოსფატის ჯგუფი ATP– დან გადადის შუალედურ ფერმენტში და გამოიყენება ელექტრონები NADPH– დან შუალედური შაქრის 1 – ლი საფეხურიდან შესამცირებლად. მესამე ეტაპზე შუალედური შაქარი რეაგირებს შუალედურ ფერმენტთან და ქმნის გლუკოზას, ძირითად ნახშირწყლოვან მცენარეებს შეუძლიათ საკვებად გამოიყენონ. მეოთხე ეტაპზე ხდება რეაქციისთვის საჭირო ორიგინალური ქიმიკატების აღდგენა. რეაქციის პროდუქტებია გლუკოზა, ADP და NADP+. ეს უკანასკნელი ორი კვლავ გამოიყენება სინათლეზე დამოკიდებულ რეაქციებში.
მიუხედავად იმისა, რომ კალვინის ციკლის რეაქციები შეიძლება მოხდეს სინათლის არარსებობის პირობებში, ისინი სინამდვილეში დამოკიდებულია მცენარეებზე სინათლეზე და ხდება დღის განმავლობაში. ეს დამოკიდებულება მოდის ATP და NADPH საჭირო რეაქტორებისგან, რომლებიც სწრაფად იხმარება კალვინის ციკლის რეაქციებით. რეაქტივები ივსება კალვინის ციკლის პროდუქტების ADP და NADP შუქზე დამოკიდებულ რეაქციებით+. ფოტოსინთეზის სრული პროცესი ემყარება როგორც სინათლეზე დამოკიდებული, ასევე ბნელი რეაქციების კოორდინირებულ ფუნქციონირებას მსუბუქი, წყლისა და ნახშირორჟანგის ნახშირწყლების წარმოქმნით.