Фотосинтез растений можно разделить на две части. Первая часть требует света для преобразования световой энергии в химическую энергию, и его химические реакции называются светозависимыми реакциями. Вторая часть, которая использует химическую энергию, создаваемую первой частью, для производства растительных углеводов для растительной пищи, состоит из светонезависимых реакций. Независимые от света реакции также называют циклом Кальвина в честь химика Мелвина С. Кальвин, получивший Нобелевскую премию по химии в 1961 году после определения этого процесса.
TL; DR (слишком длинный; Не читал)
Независимые от света реакции фотосинтеза - это четыре реакции, которые происходят в более поздней части процесса фотосинтеза. Также известный как цикл Кальвина, четыре стадии независимой от света или темновой реакции - это фиксация углерода, восстановление, образование углеводов и регенерация исходных ферментов. Хотя они известны как темные реакции, потому что для их протекания не нужен свет, реакции происходят в течение дня в то же время, что и светозависимые реакции, потому что темные реакции нуждаются в химических продуктах светозависимых реакций в качестве реагентов для четырех шаги.
Обзор цикла Кальвина
Цикл Кальвина использует химические вещества, образующиеся во время светозависимых реакций, для фиксации углекислого газа и производства углеводов, необходимых растениям для выживания. В целом химические вещества-предшественники, содержащие водород с первой стадии фотосинтеза и двуокись углерода, превращаются в углеводы.
В светозависимых реакциях свет поглощается, а энергия используется для расщепления молекул воды. Образующиеся в результате ионы водорода и электроны переходят в химический никотинамидадениндинуклеотидфосфат (НАДФ+) для получения восстановленного никотинамидадениндинуклеотидфосфата (НАДФН) путем добавления двух электронов и иона водорода. В то же время химический аденозиндифосфат (АДФ) заменяется на аденозинтрифосфат (АТФ) путем добавления фосфатной группы. Новые химические вещества используются для хранения энергии, поглощенной светом, и делают ее доступной для цикла Кальвина.
Цикл Кальвина использует водород из НАДФН, углерод из углекислого газа и энергию из АТФ для производства углеводов, в которых нуждается растение. Во время этого процесса НАДФН и АТФ снова меняются на НАДФ.+ и АДФ, так что они снова доступны для дополнительных светозависимых реакций.
Реагенты и продукты цикла Кальвина
Цикл Кальвина имеет место в хлоропластах растительных клеток. Каждая клетка имеет несколько хлоропластов, а клетки, содержащие их, образуют листья растения. Внутри хлоропластов в строме протекают реакции цикла Кальвина. Реагенты CO2, АТФ и НАДФН инициируют четырехступенчатые реакции, составляющие цикл Кальвина.
Первый шаг фиксирует углерод из углекислого газа в воздухе. Атомы углерода присоединены к промежуточной молекуле сахара. На втором этапе фосфатная группа АТФ передается промежуточному ферменту, а электроны НАДФН используются для восстановления промежуточного сахара из этапа 1. На третьем этапе промежуточный сахар реагирует с промежуточным ферментом с образованием глюкозы, основные углеводы растений можно использовать в пищу. На четвертом этапе регенерируются исходные химические вещества, необходимые для реакции. Продукты реакции - глюкоза, АДФ и НАДФ.+. Последние два используются снова в светозависимых реакциях.
Хотя реакции цикла Кальвина могут происходить в отсутствие света, на самом деле они зависят от света у растений и протекают в течение дня. Эта зависимость происходит от требуемых реагентов АТФ и НАДФН, которые быстро расходуются реакциями цикла Кальвина. Реагенты пополняются за счет светозависимых реакций продуктов цикла Кальвина АДФ и НАДФ.+. Полный процесс фотосинтеза основан на скоординированном функционировании светозависимой и темновой реакций для производства углеводов из света, воды и углекислого газа.