Växts fotosyntes kan delas upp i två delar. Den första delen kräver ljus för att ändra ljusenergi till kemisk energi, och dess kemiska reaktioner kallas ljusberoende reaktioner. Den andra delen, som använder den kemiska energi som skapas av den första delen för att producera växtkolhydrater för växtföda, består av ljusoberoende reaktioner. De ljusoberoende reaktionerna kallas också för Calvin-cykeln, efter kemisten Melvin C. Calvin som vann Nobelpriset i kemi 1961 efter att ha identifierat processen.
Ljusoberoende reaktioner av fotosyntes är de fyra reaktioner som äger rum i den senare delen av fotosyntesprocessen. Även känd som Calvin-cykeln, de fyra stegen i de ljusoberoende eller mörka reaktionerna är kolfixering, reduktion, kolhydratbildning och regenerering av de initiala enzymerna. Även om de är kända som mörkerreaktionerna eftersom de inte behöver ljus för att fortsätta, sker reaktionerna under dagen samtidigt som de ljusberoende reaktionerna eftersom mörkerreaktionerna behöver de kemiska produkterna från de ljusberoende reaktionerna som reaktanter för de fyra stegen.
Översikt över Calvin-cykeln
Calvincykeln använder de kemikalier som produceras under de ljusberoende reaktionerna för att fixera koldioxid och producera de kolhydrater som växter behöver för att överleva. Sammantaget ändras prekursorkemikalierna som innehåller väte från det första steget av fotosyntesen och koldioxid till kolhydrater.
I de ljusberoende reaktionerna absorberas ljus och energin används för att splittra vattenmolekyler. De resulterande vätejonerna och elektronerna överförs till kemisk nikotinamidadenindinukleotidfosfat (NADP+) till producera reducerad nikotinamidadenindinukleotidfosfat (NADPH) genom att lägga till två elektroner och en vätejon. Samtidigt ändras kemikalien adenosindifosfat (ADP) till adenosintrifosfat (ATP) genom tillsats av en fosfatgrupp. De nya kemikalierna används för att lagra energin som absorberas från ljus och göra den tillgänglig för Calvin-cykeln.
Calvincykeln använder vätet från NADPH, kolet från koldioxid och energi från ATP för att producera de kolhydrater som växten behöver. Under denna process ändras NADPH och ATP tillbaka till NADP+ och ADP så att de är återigen tillgängliga för ytterligare ljusberoende reaktioner.
Calvincykelreaktanter och produkter
Calvincykeln äger rum i växtcellers kloroplaster. Varje cell har flera kloroplaster, och cellerna som innehåller dem bildar växtens blad. Inuti kloroplasterna sker Calvincykelreaktionerna i stroma. Reaktanterna CO2, ATP och NADPH initierar de fyrstegsreaktioner som utgör Calvin-cykeln.
Det första steget fixar kol från koldioxid i luften. Kolatomer är bundna till en mellanliggande sockermolekyl. I det andra steget överförs en fosfatgrupp från ATP till ett intermediärt enzym och elektroner från NADPH används för att reducera mellansockret från steg 1. I det tredje steget reagerar mellansockret med det intermediära enzymet och bildar glukos, baskolhydratväxter kan använda som mat. I det fjärde steget regenereras de ursprungliga kemikalierna som behövs för reaktionen. Reaktionsprodukterna är glukos, ADP och NADP+. De två sistnämnda används igen i ljusberoende reaktioner.
Medan Calvincykelreaktionerna kan ske i frånvaro av ljus, är de i själva verket ljusberoende i växter och äger rum under dagen. Detta beroende kommer från de nödvändiga reaktanterna ATP och NADPH, som snabbt förbrukas av Calvincykelreaktionerna. Reaktanterna fylls på av de ljusberoende reaktionerna från Calvincykelprodukterna ADP och NADP+. Den fullständiga fotosyntesprocessen är beroende av en koordinerad funktion av både ljusberoende och mörka reaktioner för att producera kolhydrater från ljus, vatten och koldioxid.
