ปฏิกิริยาอิสระแสงคืออะไร?

การสังเคราะห์แสงของพืชสามารถแบ่งออกเป็นสองส่วน ส่วนแรกต้องการแสงในการเปลี่ยนพลังงานแสงเป็นพลังงานเคมี และปฏิกิริยาเคมีเรียกว่าปฏิกิริยาที่ขึ้นกับแสง ส่วนที่สองซึ่งใช้พลังงานเคมีที่สร้างขึ้นโดยส่วนแรกเพื่อผลิตคาร์โบไฮเดรตจากพืชเพื่อใช้เป็นอาหารจากพืช ประกอบด้วยปฏิกิริยาที่ไม่ขึ้นกับแสง ปฏิกิริยาที่ไม่ขึ้นกับแสงเรียกอีกอย่างว่าวัฏจักรคาลวิน ตามชื่อนักเคมี Melvin C. คาลวินผู้ได้รับรางวัลโนเบลสาขาเคมีในปี 2504 หลังจากระบุกระบวนการ

ทีแอล; DR (ยาวเกินไป; ไม่ได้อ่าน)

ปฏิกิริยาที่ไม่ขึ้นกับแสงของการสังเคราะห์ด้วยแสงคือปฏิกิริยาทั้งสี่ที่เกิดขึ้นในส่วนหลังของกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสง หรือที่เรียกว่าวัฏจักรคาลวิน สี่ขั้นตอนของปฏิกิริยาที่ไม่ขึ้นกับแสงหรือปฏิกิริยามืดคือการตรึงคาร์บอน รีดักชัน การสร้างคาร์โบไฮเดรต และการสร้างใหม่ของเอ็นไซม์เริ่มต้น ในขณะที่เรียกว่าปฏิกิริยามืดเนื่องจากไม่ต้องการแสงเพื่อดำเนินการ ปฏิกิริยาเกิดขึ้นในระหว่างวันในเวลาเดียวกันกับ ปฏิกิริยาที่ขึ้นกับแสงเนื่องจากปฏิกิริยาที่มืดต้องการผลิตภัณฑ์เคมีจากปฏิกิริยาที่ขึ้นกับแสงเป็นสารตั้งต้นสำหรับสี่ ขั้นตอน

วัฏจักรคาลวินใช้สารเคมีที่ผลิตขึ้นระหว่างปฏิกิริยาที่ขึ้นกับแสงเพื่อตรึงคาร์บอนไดออกไซด์และผลิตคาร์โบไฮเดรตที่พืชต้องการเพื่อความอยู่รอด โดยรวมแล้ว สารตั้งต้นที่มีไฮโดรเจนจากขั้นตอนแรกของการสังเคราะห์ด้วยแสงและคาร์บอนไดออกไซด์จะเปลี่ยนเป็นคาร์โบไฮเดรต

ในปฏิกิริยาที่ขึ้นกับแสง แสงจะถูกดูดกลืนและพลังงานถูกใช้เพื่อแยกโมเลกุลของน้ำ ไฮโดรเจนไอออนและอิเล็กตรอนที่เป็นผลลัพธ์จะถูกถ่ายโอนไปยังสารเคมี nicotinamide adenine dinucleotide phosphate (NADP⁺) เพื่อผลิตนิโคตินาไมด์อะดีนีนไดนิวคลีโอไทด์ฟอสเฟต (NADPH) ที่ลดลงโดยการเพิ่มอิเล็กตรอนสองตัวและไฮโดรเจนไอออน ในเวลาเดียวกัน สารเคมีอะดีโนซีนไดฟอสเฟต (ADP) จะเปลี่ยนเป็นอะดีโนซีนไตรฟอสเฟต (ATP) โดยการเพิ่มกลุ่มฟอสเฟต สารเคมีชนิดใหม่นี้ใช้เพื่อเก็บพลังงานที่ดูดกลืนจากแสงและทำให้พร้อมสำหรับวัฏจักรคาลวิน

วัฏจักรคาลวินใช้ไฮโดรเจนจาก NADPH คาร์บอนจากคาร์บอนไดออกไซด์ และพลังงานจาก ATP เพื่อผลิตคาร์โบไฮเดรตที่พืชต้องการ ในระหว่างกระบวนการนี้ NADPH และ ATP จะเปลี่ยนกลับเป็น NADP⁺ และ ADP เพื่อให้พร้อมใช้งานอีกครั้งสำหรับปฏิกิริยาที่ขึ้นกับแสงเพิ่มเติม

วัฏจักรคาลวินเกิดขึ้นภายในคลอโรพลาสต์ของเซลล์พืช แต่ละเซลล์มีคลอโรพลาสต์หลายตัว และเซลล์ที่ประกอบด้วยพวกมันจะสร้างใบของพืช ภายในคลอโรพลาสต์ ปฏิกิริยาของวัฏจักรคาลวินเกิดขึ้นในสโตรมา สารตั้งต้นCO₂, ATP และ NADPH เริ่มต้นปฏิกิริยาสี่ขั้นตอนที่ประกอบเป็นวัฏจักรคาลวิน

ขั้นตอนแรกแก้ไขคาร์บอนจากคาร์บอนไดออกไซด์ในอากาศ อะตอมของคาร์บอนติดอยู่กับโมเลกุลน้ำตาลระดับกลาง ในขั้นตอนที่สอง กลุ่มฟอสเฟตจาก ATP จะถูกถ่ายโอนไปยังเอนไซม์ระดับกลาง และอิเล็กตรอนจาก NADPH จะถูกใช้เพื่อลดน้ำตาลระดับกลางจากขั้นตอนที่ 1 ในขั้นตอนที่สาม น้ำตาลขั้นกลางทำปฏิกิริยากับเอนไซม์ระดับกลางเพื่อสร้างกลูโคส ซึ่งพืชคาร์โบไฮเดรตพื้นฐานสามารถใช้เป็นอาหารได้ ในขั้นตอนที่สี่ สารเคมีดั้งเดิมที่จำเป็นสำหรับปฏิกิริยาจะถูกสร้างขึ้นใหม่ ผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยา ได้แก่ กลูโคส ADP และ NADP⁺. สองหลังถูกนำมาใช้อีกครั้งในปฏิกิริยาที่ขึ้นกับแสง

แม้ว่าปฏิกิริยาของวัฏจักรคาลวินสามารถเกิดขึ้นได้ในกรณีที่ไม่มีแสง แต่แท้จริงแล้วปฏิกิริยาเหล่านี้ขึ้นอยู่กับแสงของพืชและเกิดขึ้นในระหว่างวัน การพึ่งพาอาศัยกันนี้มาจากสารตั้งต้นที่ต้องการ ATP และ NADPH ซึ่งปฏิกิริยาวัฏจักรคาลวินใช้จนหมดอย่างรวดเร็ว สารตั้งต้นถูกเติมโดยปฏิกิริยาที่ขึ้นกับแสงจากผลิตภัณฑ์วงจร Calvin ADP และ NADP⁺. กระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงที่สมบูรณ์นั้นอาศัยการทำงานร่วมกันของปฏิกิริยาทั้งที่ขึ้นกับแสงและปฏิกิริยามืดเพื่อผลิตคาร์โบไฮเดรตจากแสง น้ำ และคาร์บอนไดออกไซด์