Cykl Calvina: reakcje niezależne od światła w fotosyntezie

W chloroplastach roślin zachodzą reakcje niezależne od światła, nazywane także cyklem Calvina. W ich przebiegu dwutlenek węgla jest wiązany i przekształcany w związki organiczne, z których powstają cukry. Proces ten nie wymaga bezpośrednio światła, ale korzysta z energii i siły redukcyjnej wytwarzanych w reakcjach zależnych od światła, czyli z ATP oraz NADPH. Z tego powodu cykl Calvina może zachodzić tylko wtedy, gdy wcześniej zostały uruchomione reakcje świetlne fotosyntezy.

Cykl Calvina przebiega w stromie chloroplastu, a nie w granach. Jest to zespół reakcji enzymatycznych, w których kluczową rolę odgrywają enzymy, zwłaszcza karboksylaza/oksygenaza rybulozo-1,5-bisfosforanu, czyli Rubisco. To właśnie ona inicjuje wiązanie CO₂ z cząsteczką akceptora. Następnie związki pośrednie ulegają przemianom prowadzącym do powstania trioz fosforanowych, które mogą zostać wykorzystane do syntezy glukozy, skrobi i innych węglowodanów.

W cyklu Calvina wyróżnia się trzy główne etapy:

• karboksylację – przyłączenie CO₂ do związku akceptorowego,
• redukcję – przekształcenie powstałych związków z wykorzystaniem ATP i NADPH,
• regenerację – odtworzenie cząsteczek potrzebnych do ponownego związania dwutlenku węgla.

Produkty powstające w reakcjach niezależnych od światła są następnie przemieszczane w roślinie w procesie translokacji. Mogą trafiać do liści, korzeni, owoców, nasion oraz innych organów, gdzie stanowią źródło energii i materiał budulcowy. Dlatego cykl Calvina ma kluczowe znaczenie nie tylko dla samej fotosyntezy, ale również dla wzrostu, rozwoju i magazynowania substancji zapasowych przez roślinę.

Choć reakcje te określa się jako niezależne od światła, w praktyce ich tempo pośrednio zależy od warunków oświetlenia, ponieważ bez dopływu ATP i NADPH z fazy jasnej nie mogą przebiegać prawidłowo. Jest to proces beztlenowy, ponieważ nie wymaga udziału tlenu jako substratu.