Augu fotosintēzi var sadalīt divās daļās. Pirmajai daļai ir nepieciešama gaisma, lai gaismas enerģiju pārvērstu par ķīmisko enerģiju, un tās ķīmiskās reakcijas sauc par gaismas atkarīgām reakcijām. Otro daļu, kas izmanto pirmās daļas radīto ķīmisko enerģiju augu ogļhidrātu ražošanai augu pārtikai, veido no gaismas neatkarīgas reakcijas. Gaismas neatkarīgās reakcijas pēc ķīmiķa Melvina C sauc arī par Kalvina ciklu. Kalvins, kurš pēc procesa identificēšanas 1961. gadā ieguva Nobela prēmiju ķīmijā.
TL; DR (pārāk ilgi; Nelasīju)
No gaismas neatkarīgās fotosintēzes reakcijas ir četras reakcijas, kas notiek fotosintēzes procesa vēlākajā daļā. Pazīstams arī kā Kalvina cikls, četri no gaismas neatkarīgu vai tumšu reakciju posmi ir oglekļa fiksācija, reducēšana, ogļhidrātu veidošanās un sākotnējo enzīmu reģenerācija. Kaut arī tās ir pazīstamas kā tumšās reakcijas, jo tām nav nepieciešama gaisma, lai turpinātu, reakcijas notiek dienas laikā vienlaikus ar no gaismas atkarīgas reakcijas, jo tumšajām reakcijām ir vajadzīgi ķīmiskie produkti no gaismas atkarīgajām reakcijām kā četru reaģenti soļiem.
Kalvina cikla pārskats
Kalvina ciklā tiek izmantotas ķīmiskās vielas, kas rodas no gaismas atkarīgās reakcijās, lai fiksētu oglekļa dioksīdu un ražotu ogļhidrātus, kas augiem nepieciešami, lai izdzīvotu. Kopumā prekursori, kas satur ūdeņradi no fotosintēzes pirmā posma, un oglekļa dioksīds tiek mainīti uz ogļhidrātiem.
No gaismas atkarīgajās reakcijās gaisma tiek absorbēta un enerģija tiek izmantota ūdens molekulu sadalīšanai. Iegūtie ūdeņraža joni un elektroni tiek pārnesti uz ķīmisko nikotinamīda adenīna dinukleotīda fosfātu (NADP+), lai iegūtu samazinātu nikotinamīda adenīna dinukleotīda fosfātu (NADPH), pievienojot divus elektronus un ūdeņraža jonu. Tajā pašā laikā ķīmiskais adenozīna difosfāts (ADP) tiek mainīts uz adenozīna trifosfātu (ATP), pievienojot fosfātu grupu. Jaunās ķīmiskās vielas tiek izmantotas, lai uzglabātu no gaismas absorbēto enerģiju un padarītu to pieejamu Calvin ciklam.
Kalvina ciklā augam nepieciešamo ogļhidrātu ražošanai tiek izmantots ūdeņradis no NADPH, ogleklis no oglekļa dioksīda un ATP enerģija. Šī procesa laikā NADPH un ATP tiek mainīti atpakaļ uz NADP+ un ADP, lai tie atkal būtu pieejami papildu no gaismas atkarīgām reakcijām.
Calvin cikla reaģenti un produkti
Kalvina cikls notiek augu šūnu hloroplastos. Katrā šūnā ir vairāki hloroplasti, un šūnas, kas tos satur, veido auga lapas. Hloroplastu iekšpusē Kromina cikla reakcijas notiek stromā. Reaģenti CO2, ATP un NADPH uzsāk četru darbību reakcijas, kas veido Kalvina ciklu.
Pirmais solis nosaka oglekli no gaisā esošā oglekļa dioksīda. Oglekļa atomi ir piesaistīti starpposma cukura molekulai. Otrajā posmā fosfātu grupa no ATP tiek pārnesta uz starpproduktu fermentu, un NADPH elektronus izmanto, lai samazinātu starpposma cukuru no 1. posma. Trešajā posmā starpposma cukurs reaģē ar starpproduktu fermentu, veidojot glikozi, ko ogļhidrātu bāzes augi var izmantot kā pārtiku. Ceturtajā posmā tiek atjaunotas sākotnējās reakcijai nepieciešamās ķīmiskās vielas. Reakcijas produkti ir glikoze, ADP un NADP+. Pēdējie divi atkal tiek izmantoti reakcijās, kas atkarīgas no gaismas.
Kaut arī Kalvina cikla reakcijas var notikt bez gaismas, augos tās faktiski ir atkarīgas no gaismas un notiek dienas laikā. Šī atkarība rodas no nepieciešamajiem reaģentiem ATP un NADPH, kurus ātri izmanto Kalvina cikla reakcijas. Reaģenti tiek papildināti ar gaismas atkarīgajām reakcijām no Kalvina cikla produktiem ADP un NADP+. Pilns fotosintēzes process balstās uz koordinētu gan no gaismas atkarīgo, gan tumšo reakciju darbību, lai no gaismas, ūdens un oglekļa dioksīda iegūtu ogļhidrātus.