Fotosintezo rastlin lahko razdelimo na dva dela. Prvi del zahteva, da svetloba spremeni svetlobno energijo v kemično, njene kemijske reakcije pa imenujemo svetlobno odvisne reakcije. Drugi del, ki uporablja kemično energijo, ki jo ustvarja prvi del, za proizvodnjo rastlinskih ogljikovih hidratov za rastlinsko hrano, je sestavljen iz svetlobno neodvisnih reakcij. Od svetlobe neodvisne reakcije se po kemiku Melvinu C. imenujejo tudi Calvinov cikel Calvin, ki je leta 1961 po identifikaciji postopka dobil Nobelovo nagrado za kemijo.
TL; DR (predolgo; Nisem prebral)
Svetlobno neodvisne reakcije fotosinteze so štiri reakcije, ki potekajo v kasnejšem delu procesa fotosinteze. Štiri stopnje svetlobno neodvisnih ali temnih reakcij, znane tudi kot Calvinov cikel, so fiksacija ogljika, redukcija, tvorba ogljikovih hidratov in regeneracija začetnih encimov. Čeprav so znane kot temne reakcije, ker za nadaljevanje ne potrebujejo svetlobe, reakcije potekajo podnevi, istočasno kot svetlobno odvisne reakcije, ker temne reakcije potrebujejo kemične produkte iz svetlob odvisnih reakcij kot reaktante za štiri koraki.
Pregled Calvinovega cikla
Calvinov cikel uporablja kemikalije, ki nastanejo med reakcijami, odvisnimi od svetlobe, da fiksira ogljikov dioksid in tvori ogljikove hidrate, ki jih rastline potrebujejo za preživetje. Na splošno se predhodne kemikalije, ki vsebujejo vodik iz prve faze fotosinteze in ogljikov dioksid, spremenijo v ogljikove hidrate.
V svetlobno odvisnih reakcijah se svetloba absorbira in energija se porabi za razdelitev molekul vode. Nastali vodikovi ioni in elektroni se prenesejo v kemični nikotinamid adenin dinukleotid fosfat (NADP+), da dobimo reducirani nikotinamid adenin dinukleotid fosfat (NADPH) z dodajanjem dveh elektronov in vodikovega iona. Hkrati se kemikalija adenozin difosfat (ADP) spremeni v adenozin trifosfat (ATP) z dodajanjem fosfatne skupine. Nove kemikalije se uporabljajo za shranjevanje energije, absorbirane iz svetlobe, in njeno dajanje na voljo za Calvinov cikel.
Calvinov cikel uporablja vodik iz NADPH, ogljik iz ogljikovega dioksida in energijo iz ATP za proizvodnjo ogljikovih hidratov, ki jih rastlina potrebuje. Med tem postopkom se NADPH in ATP spremenita nazaj v NADP+ in ADP, tako da so spet na voljo za dodatne svetlobno odvisne reakcije.
Reaktanti in proizvodi Calvinovega cikla
Calvinov cikel poteka znotraj kloroplastov rastlinskih celic. Vsaka celica ima več kloroplastov, celice, ki jih vsebujejo, pa tvorijo liste rastline. Znotraj kloroplastov v stromi potekajo reakcije Calvinovega cikla. Reaktanti CO2, ATP in NADPH sprožijo štiristopenjske reakcije, ki sestavljajo Calvinov cikel.
Prvi korak fiksira ogljik iz ogljikovega dioksida v zraku. Atomi ogljika so pritrjeni na vmesno molekulo sladkorja. V drugem koraku se fosfatna skupina iz ATP prenese v vmesni encim, elektroni iz NADPH pa se uporabijo za zmanjšanje vmesnega sladkorja iz 1. koraka. V tretjem koraku vmesni sladkor reagira z vmesnim encimom in tvori glukozo, ki jo osnovne rastline ogljikovih hidratov lahko uporabljajo kot hrano. V četrtem koraku se obnovijo prvotne kemikalije, potrebne za reakcijo. Produkti reakcije so glukoza, ADP in NADP+. Slednja dva se ponovno uporabljata pri svetlobno odvisnih reakcijah.
Medtem ko lahko reakcije Calvinovega cikla potekajo v odsotnosti svetlobe, so v rastlinah dejansko odvisne od svetlobe in potekajo podnevi. Ta odvisnost izhaja iz zahtevanih reaktantov ATP in NADPH, ki ju reakcije Calvinovega cikla hitro porabijo. Reaktante dopolnjujejo svetlobno odvisne reakcije produktov Calvinovega cikla ADP in NADP+. Celoten postopek fotosinteze temelji na usklajenem delovanju svetlobno odvisnih in temnih reakcij, da proizvede ogljikove hidrate iz svetlobe, vode in ogljikovega dioksida.