Fotosyntézu rastlín možno rozdeliť na dve časti. Prvá časť vyžaduje, aby svetlo zmenilo svetelnú energiu na chemickú a jej chemické reakcie sa nazývajú reakcie závislé od svetla. Druhá časť, ktorá využíva chemickú energiu vytvorenú prvou časťou na výrobu rastlinných sacharidov pre rastlinnú potravu, je tvorená reakciami nezávislými od svetla. Reakcie nezávislé na svetle sa tiež nazývajú Kalvínov cyklus, po chemikovi Melvinovi C. Calvin, ktorý v roku 1961 po identifikácii procesu získal Nobelovu cenu za chémiu.
TL; DR (príliš dlhý; Nečítali)
Na svetle nezávislé reakcie fotosyntézy sú štyri reakcie, ktoré prebiehajú v neskoršej časti procesu fotosyntézy. Štyri kroky reakcie na svetle nezávislé alebo tmavé, známe tiež ako Calvinov cyklus, sú fixácia uhlíka, redukcia, tvorba uhľohydrátov a regenerácia počiatočných enzýmov. Aj keď sú známe ako temné reakcie, pretože nepotrebujú svetlo, reakcie prebiehajú počas dňa v rovnakom čase ako reakcie závislé od svetla, pretože temné reakcie potrebujú chemické produkty reakcií závislých od svetla ako reaktanty pre štyri látky krokov.
Prehľad Calvinovho cyklu
Kalvinov cyklus využíva chemikálie vyrobené počas reakcií závislých od svetla na fixáciu oxidu uhličitého a na produkciu sacharidov, ktoré rastliny potrebujú na prežitie. Celkovo sa prekurzorové chemikálie obsahujúce vodík z prvého stupňa fotosyntézy a oxidu uhličitého menia na sacharidy.
Pri reakciách závislých od svetla sa svetlo absorbuje a energia sa používa na štiepenie molekúl vody. Výsledné vodíkové ióny a elektróny sa prevedú na chemický nikotínamid adenín dinukleotid fosfát (NADP+) na výrobu redukovaného nikotínamidu adeníndinukleotidfosfátu (NADPH) pridaním dvoch elektrónov a vodíkového iónu. Súčasne sa pridaním fosfátovej skupiny zmení chemický adenozíndifosfát (ADP) na adenozíntrifosfát (ATP). Nové chemikálie sa používajú na ukladanie energie absorbovanej zo svetla a na jej sprístupnenie pre Calvinov cyklus.
Kalvinov cyklus využíva vodík z NADPH, uhlík z oxidu uhličitého a energiu z ATP na výrobu sacharidov, ktoré rastlina potrebuje. Počas tohto procesu sa NADPH a ATP zmenia späť na NADP+ a ADP, aby boli opäť k dispozícii pre ďalšie reakcie závislé od svetla.
Reaktanty a produkty Calvinovho cyklu
Kalvinov cyklus sa odohráva v chloroplastoch rastlinných buniek. Každá bunka má niekoľko chloroplastov a bunky, ktoré ich obsahujú, tvoria listy rastliny. Vo vnútri chloroplastov prebiehajú reakcie kalvínovského cyklu v stróme. Reaktanty CO2ATP a NADPH iniciujú štvorstupňové reakcie, ktoré tvoria Calvinov cyklus.
Prvý krok fixuje uhlík z oxidu uhličitého vo vzduchu. Atómy uhlíka sú pripojené k medziľahlej molekule cukru. V druhom kroku sa fosfátová skupina z ATP prenesie na medziproduktový enzým a elektróny z NADPH sa použijú na zníženie medziproduktu cukru z kroku 1. V treťom kroku intermediárny cukor reaguje s intermediárnym enzýmom za vzniku glukózy, ktorú môžu základné sacharidové rastliny používať ako potravu. V štvrtom kroku sa regenerujú pôvodné chemikálie potrebné na reakciu. Reakčnými produktmi sú glukóza, ADP a NADP+. Posledné dve sa opäť použijú pri reakciách závislých od svetla.
Zatiaľ čo reakcie Calvinovho cyklu môžu prebiehať za neprítomnosti svetla, v skutočnosti sú v rastlinách závislé od svetla a prebiehajú počas dňa. Táto závislosť pochádza z požadovaných reaktantov ATP a NADPH, ktoré sa rýchlo spotrebujú pri reakciách Calvinovho cyklu. Reaktanty sú doplnené reakciami závislými na svetle z produktov Calvinovho cyklu ADP a NADP+. Celý proces fotosyntézy sa spolieha na koordinované fungovanie svetelne závislých aj tmavých reakcií na výrobu sacharidov zo svetla, vody a oxidu uhličitého.