La fotosintesi delle piante può essere divisa in due parti. La prima parte richiede luce per trasformare l'energia luminosa in energia chimica, e le sue reazioni chimiche sono chiamate reazioni dipendenti dalla luce. La seconda parte, che utilizza l'energia chimica creata dalla prima parte per produrre carboidrati vegetali per alimenti vegetali, è costituita da reazioni indipendenti dalla luce. Le reazioni indipendenti dalla luce sono anche chiamate il ciclo di Calvin, dopo il chimico Melvin C. Calvin che vinse il premio Nobel per la chimica nel 1961 dopo aver identificato il processo.

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Le reazioni indipendenti dalla luce della fotosintesi sono le quattro reazioni che avvengono nella parte successiva del processo di fotosintesi. Conosciuto anche come ciclo di Calvin, i quattro passaggi delle reazioni indipendenti dalla luce o scure sono fissazione del carbonio, riduzione, formazione di carboidrati e rigenerazione degli enzimi iniziali. Benché conosciute come reazioni oscure perché non hanno bisogno di luce per procedere, le reazioni avvengono durante il giorno nello stesso momento delle reazioni dipendenti dalla luce perché le reazioni scure necessitano dei prodotti chimici dalle reazioni dipendenti dalla luce come reagenti per i quattro passaggi.

Panoramica del ciclo Calvin

Il ciclo di Calvin utilizza le sostanze chimiche prodotte durante le reazioni dipendenti dalla luce per fissare l'anidride carbonica e produrre i carboidrati necessari alle piante per sopravvivere. Nel complesso, i precursori chimici contenenti idrogeno dal primo stadio della fotosintesi e dell'anidride carbonica vengono trasformati in carboidrati.

Nelle reazioni dipendenti dalla luce, la luce viene assorbita e l'energia viene utilizzata per scindere le molecole d'acqua. Gli ioni idrogeno e gli elettroni risultanti vengono trasferiti al fosfato di nicotinammide adenina dinucleotide chimico (NADP ^{+) per produrre nicotinammide adenina dinucleotide fosfato (NADPH) ridotta con l'aggiunta di due elettroni e uno ione idrogeno. Allo stesso tempo, l'adenosina difosfato (ADP) viene trasformata in adenosina trifosfato (ATP) aggiungendo un gruppo fosfato. Le nuove sostanze chimiche sono utilizzate per immagazzinare l'energia assorbita dalla luce e renderla disponibile per il ciclo di Calvin.}

Il ciclo di Calvin utilizza l'idrogeno di NADPH, il carbonio di anidride carbonica e l'energia di ATP per produrre i carboidrati che la pianta ha bisogno. Durante questo processo, il NADPH e l'ATP sono cambiati in NADP ^{+ e ADP in modo che siano nuovamente disponibili per ulteriori reazioni dipendenti dalla luce.}

Reattivi e prodotti del ciclo di Calvin

Il Il ciclo di Calvin si svolge all'interno dei cloroplasti delle cellule vegetali. Ogni cellula ha diversi cloroplasti e le cellule che li contengono formano le foglie della pianta. All'interno dei cloroplasti, le reazioni del ciclo di Calvin si svolgono nello stroma. I reagenti CO _{2, ATP e NADPH danno il via alle reazioni in quattro fasi che compongono il ciclo di Calvin.}

Il primo passaggio risolve il carbonio dall'anidride carbonica nell'aria. Gli atomi di carbonio sono collegati a una molecola di zucchero intermedia. Nella seconda fase, un gruppo fosfato di ATP viene trasferito a un enzima intermedio, e gli elettroni di NADPH vengono utilizzati per ridurre lo zucchero intermedio dal passaggio 1. Nella terza fase, lo zucchero intermedio reagisce con l'enzima intermedio per formare il glucosio, il le piante base di carboidrati possono essere utilizzate come cibo. Nella quarta fase, i prodotti chimici originali necessari per la reazione vengono rigenerati. I prodotti di reazione sono glucosio, ADP e NADP ^{+. Gli ultimi due sono usati di nuovo nelle reazioni dipendenti dalla luce.}

Mentre le reazioni del ciclo di Calvin possono avvenire in assenza di luce, sono infatti dipendenti dalla luce nelle piante e si svolgono durante il giorno. Questa dipendenza proviene dai reagenti richiesti ATP e NADPH, che sono rapidamente utilizzati dalle reazioni del ciclo di Calvin. I reagenti sono reintegrati dalle reazioni dipendenti dalla luce dei prodotti del ciclo di Calvin ADP e NADP ^{+. Il processo completo di fotosintesi si basa su un funzionamento coordinato di entrambe le reazioni dipendenti dalla luce e dall'oscurità per produrre carboidrati da luce, acqua e anidride carbonica.}