Fotosinteza plantelor poate fi împărțită în două părți. Prima parte necesită ca lumina să schimbe energia luminii în energie chimică, iar reacțiile sale chimice se numesc reacții dependente de lumină. A doua parte, care folosește energia chimică creată de prima parte pentru a produce carbohidrați vegetali pentru hrana plantelor, este alcătuită din reacții independente de lumină. Reacțiile independente de lumină sunt numite și ciclul Calvin, după chimistul Melvin C. Calvin, care a câștigat premiul Nobel pentru chimie în 1961, după identificarea procesului.
TL; DR (Prea lung; Nu am citit)
Reacțiile independente de lumină ale fotosintezei sunt cele patru reacții care au loc în ultima parte a procesului de fotosinteză. Cunoscut și sub numele de ciclul Calvin, cele patru etape ale reacțiilor independente de lumină sau întunecate sunt fixarea carbonului, reducerea, formarea carbohidraților și regenerarea enzimelor inițiale. Deși sunt cunoscute sub numele de reacții întunecate, deoarece nu au nevoie de lumină pentru a continua, reacțiile au loc în timpul zilei în același timp cu reacții dependente de lumină, deoarece reacțiile întunecate au nevoie de produse chimice din reacțiile dependente de lumină ca reactanți pentru cei patru pași.
Prezentare generală a ciclului Calvin
Ciclul Calvin folosește substanțele chimice produse în timpul reacțiilor dependente de lumină pentru a fixa dioxidul de carbon și a produce carbohidrații de care plantele au nevoie pentru a supraviețui. În general, substanțele chimice precursoare care conțin hidrogen din prima etapă a fotosintezei și dioxidului de carbon sunt schimbate în carbohidrați.
În reacțiile dependente de lumină, lumina este absorbită și energia este utilizată pentru a împărți moleculele de apă. Ionii de hidrogen și electronii rezultați sunt transferați în fosfat chimic nicotinamid adenin dinucleotidic (NADP+) pentru a produce fosfat de nicotinamidă adenină dinucleotidic (NADPH) prin adăugarea a doi electroni și a unui ion hidrogen. În același timp, adenozin difosfatul chimic (ADP) este schimbat în adenozin trifosfat (ATP) prin adăugarea unei grupări fosfat. Noile substanțe chimice sunt folosite pentru a stoca energia absorbită de lumină și a o face disponibilă pentru ciclul Calvin.
Ciclul Calvin folosește hidrogenul din NADPH, carbonul din dioxidul de carbon și energia din ATP pentru a produce carbohidrații de care are nevoie planta. În timpul acestui proces, NADPH și ATP sunt schimbate înapoi în NADP+ și ADP astfel încât să fie din nou disponibile pentru reacții suplimentare dependente de lumină.
Reactanți și produse pentru ciclul Calvin
Ciclul Calvin are loc în cloroplastele celulelor vegetale. Fiecare celulă are mai multe cloroplaste, iar celulele care le conțin formează frunzele plantei. În interiorul cloroplastelor, reacțiile ciclului Calvin au loc în stromă. Reactanții CO2, ATP și NADPH inițiază reacțiile în patru pași care alcătuiesc ciclul Calvin.
Primul pas fixează carbonul din dioxidul de carbon din aer. Atomii de carbon sunt atașați la o moleculă intermediară de zahăr. În a doua etapă, o grupare fosfat din ATP este transferată către o enzimă intermediară, iar electronii din NADPH sunt utilizați pentru a reduce zahărul intermediar din etapa 1. În a treia etapă, zahărul intermediar reacționează cu enzima intermediară pentru a forma glucoză, plantele de carbohidrați de bază pot fi folosite ca alimente. În a patra etapă, substanțele chimice originale necesare reacției sunt regenerate. Produsele de reacție sunt glucoza, ADP și NADP+. Ultimele două sunt utilizate din nou în reacțiile dependente de lumină.
În timp ce reacțiile ciclului Calvin pot avea loc în absența luminii, ele sunt de fapt dependente de lumină în plante și au loc în timpul zilei. Această dependență provine din reactanții necesari ATP și NADPH, care sunt epuizați rapid de reacțiile ciclului Calvin. Reactanții sunt alimentați cu reacțiile dependente de lumină din produsele ADP și NADP din ciclul Calvin+. Procesul complet de fotosinteză se bazează pe o funcționare coordonată atât a reacțiilor dependente de lumină, cât și a reacțiilor întunecate pentru a produce carbohidrați din lumină, apă și dioxid de carbon.