De fotosynthese van planten kan in twee delen worden verdeeld. Het eerste deel heeft licht nodig om lichtenergie om te zetten in chemische energie, en de chemische reacties ervan worden lichtafhankelijke reacties genoemd. Het tweede deel, dat de chemische energie gebruikt die door het eerste deel wordt gecreëerd om plantaardige koolhydraten te produceren voor plantaardig voedsel, bestaat uit lichtonafhankelijke reacties. De lichtonafhankelijke reacties worden ook wel de Calvincyclus genoemd, naar chemicus Melvin C. Calvin die in 1961 de Nobelprijs voor scheikunde won nadat hij het proces had geïdentificeerd.
TL; DR (te lang; niet gelezen)
De lichtonafhankelijke reacties van fotosynthese zijn de vier reacties die plaatsvinden in het latere deel van het fotosyntheseproces. Ook bekend als de Calvin-cyclus, zijn de vier stappen van de lichtonafhankelijke of donkere reacties koolstoffixatie, reductie, koolhydraatvorming en regeneratie van de initiële enzymen. Hoewel bekend als de donkere reacties omdat ze geen licht nodig hebben om door te gaan, vinden de reacties overdag plaats op hetzelfde tijdstip als de lichtafhankelijke reacties omdat de donkere reacties de chemische producten van de lichtafhankelijke reacties nodig hebben als reactanten voor de vier stappen.
Overzicht van de Calvincyclus
De Calvin-cyclus gebruikt de chemicaliën die worden geproduceerd tijdens de lichtafhankelijke reacties om koolstofdioxide te fixeren en de koolhydraten te produceren die planten nodig hebben om te overleven. Over het algemeen worden de precursorchemicaliën die waterstof bevatten uit de eerste fase van fotosynthese en koolstofdioxide veranderd in koolhydraten.
Bij de lichtafhankelijke reacties wordt licht geabsorbeerd en wordt de energie gebruikt om watermoleculen te splitsen. De resulterende waterstofionen en elektronen worden overgebracht naar chemisch nicotinamide-adenine-dinucleotidefosfaat (NADP+) om gereduceerd nicotinamide-adenine-dinucleotide-fosfaat (NADPH) te produceren door twee elektronen en een waterstofion toe te voegen. Tegelijkertijd wordt het chemische adenosinedifosfaat (ADP) veranderd in adenosinetrifosfaat (ATP) door een fosfaatgroep toe te voegen. De nieuwe chemicaliën worden gebruikt om de door licht geabsorbeerde energie op te slaan en beschikbaar te maken voor de Calvin-cyclus.
De Calvincyclus gebruikt de waterstof uit NADPH, de koolstof uit koolstofdioxide en energie uit ATP om de koolhydraten te produceren die de plant nodig heeft. Tijdens dit proces worden de NADPH en de ATP terug veranderd in NADP+ en ADP zodat ze weer beschikbaar zijn voor aanvullende lichtafhankelijke reacties.
Calvin Cycle-reagentia en producten
De Calvin-cyclus vindt plaats in de chloroplasten van plantencellen. Elke cel heeft verschillende chloroplasten en de cellen die ze bevatten, vormen de bladeren van de plant. Binnen de chloroplasten vinden de Calvin-cyclusreacties plaats in het stroma. De reactanten CO2, ATP en NADPH initiëren de vierstapsreacties die de Calvin-cyclus vormen.
De eerste stap fixeert koolstof uit koolstofdioxide in de lucht. Koolstofatomen zijn bevestigd aan een intermediair suikermolecuul. In de tweede stap wordt een fosfaatgroep van ATP overgebracht naar een intermediair enzym en worden elektronen uit NADPH gebruikt om de intermediaire suiker uit stap 1 te reduceren. In de derde stap reageert de intermediaire suiker met het intermediaire enzym om glucose te vormen, die de basiskoolhydraatplanten als voedsel kunnen gebruiken. In de vierde stap worden de oorspronkelijke chemicaliën die nodig zijn voor de reactie geregenereerd. De reactieproducten zijn glucose, ADP en NADP+. De laatste twee worden weer gebruikt in lichtafhankelijke reacties.
Hoewel de Calvin-cyclusreacties kunnen plaatsvinden in afwezigheid van licht, zijn ze in feite lichtafhankelijk in planten en vinden ze overdag plaats. Deze afhankelijkheid komt van de benodigde reactanten ATP en NADPH, die snel worden opgebruikt door de Calvin-cyclusreacties. De reactanten worden aangevuld door de lichtafhankelijke reacties van de Calvin-cyclusproducten ADP en NADP+. Het volledige fotosyntheseproces is afhankelijk van een gecoördineerde werking van zowel de lichtafhankelijke als de donkerreactie om koolhydraten te produceren uit licht, water en koolstofdioxide.