Prima fază este carboxilarea. Această reacție este catalizată de o enzimă specifică pentru fotosinteză ribulozobisfosfat carboxilaza / oxigenază (prescurtat RBF carboxilaza / oxigenazei), în literatura de specialitate, în ultimii ani, mai frecvent numit Rubisco, de la ribulosobiphosphatecarboxylase / oxigenazică. Pentru prima dată, Rubisco a fost izolat și purificat în 1955. O caracteristică a enzimei este că ei reacția catalizată este cel mai lent pas în ciclul de fixare a dioxidului de carbon. În frunze, Rubisco este conținut în cantități mari și este fracția principală a proteinei cloroplastice. În plus, se exprimă opinia că aceasta este cea mai obișnuită enzimă de proteine pe glob. Enzima trece în stare activă când cloroplastele sunt iluminate. Sa observat că formarea enzimei are loc sub controlul a două genomuri: subunitatea mare (54 kDa) sunt codificate în nucleu, sunt sintetizate în citoplasmă; Mic - codificat și sintetizat în cloroplast. În interacțiunea RBP cu CO2, se formează mai întâi un compus intermediar nestabil, cu șase atomi de carbon, care apoi se descompune în două molecule de PGA. FHA formată este un acid organic și nivelul său de energie este sub nivelul zaharurilor. Prin urmare, acest compus nu se poate transforma direct în carbohidrați. Este necesar să-l transforme în zahăr cu trei carbon - fosfogliceraldehid (PHA).
A doua fază este restaurarea. Alte transformări ale FGC necesită participarea produselor din faza ușoară a fotosintezei: ATP și NADPH + H +. Reacția se desfășoară în două etape. Mai întâi, apare reacția de fosforilare a 3-PGA. Donorul grupului fosfat este ATP. ATP este necesar aici ca sursă suplimentară de energie. Se formează acidul 1,3-difosfogliceric. Reacția este catalizată de enzima fosfoglicerokinază:
Compusul, acid difosfogliceric, format în această reacție are o reactivitate mai mare, conține o legătură macroergică obținută din ATP. Gruparea carboxil a acestui compus este apoi redusă la o aldehidă de către trioza fosfat dehidrogenază, a cărei coenzima este NADP.
PHA formată este nivelul de carbohidrat redus. Această conexiune intră în ultimele două faze. Cinci molecule de PHA sunt utilizate pentru a regenera acceptorul de RBF, astfel încât fixarea CO2 poate fi efectuată din nou. Al șasea moleculă rămasă intră în faza "sinteză a produselor", unde este transformată în compuși mai complexi (carbohidrați, aminoacizi,
A treia fază este regenerarea. În procesul de regenerare a moleculelor acceptoare utilizate cinci PHA, rezultând în formarea a trei molecule de ribulozo-5-phos-voal. Acest proces trece prin formarea compușilor 4-, 5-, 6-, 7-carbon. Mai întâi, prima moleculă PHA este izomerizată la fosfodiesteriacetonă. Procesul este catalizat de enzima izomerază de trioză fosfat. FDF este clivat de fosfat și FDF este transformată în fructoză 6-fosfat (F-6-P). Mai mult, de la F-6-P (C6) scindate fragment 2-carbon (CO-CH2-OH), care este transferat la următoarea (a treia) triose. Această reacție de transketolază este însoțită de enzima transketolază. Ca rezultat, se formează primul fosfat de pentoză (C5) -riboză. Din F-6-F rămâne fosforilarea fosfatului de fosfat de zaharuri cu 4 atomi de carbon. Pentru aceasta, se folosesc trei molecule ATP, formate ca urmare a reacțiilor la lumină. Toate reacțiile incluse în ciclul format triose fosfat (APH) intră în a patra etapă a reacțiilor întunecate - etapa de formare a produselor de fotosinteză. (C4), care se condensează pentru a forma un al patrulea sedogeptulezodifosfata triose (C7). După scindarea fosfatului, sedo-heptolezodifosfatul este transformat în fosfat de sedoheptuloză. Reacția suplimentară transcetolază are loc din nou, ceea ce a dus la sedogeptulezofosfata clivate din fragmentul 2-carbon, care este transferat la a cincea formând două triose ribulezofosfata o altă moleculă. Astfel, ca urmare a reacțiilor considerate, se obțin 3 molecule de fosfat de ribuloză. Când două cicluri de 12 molecule de PHA formate trec, două molecule le părăsesc, formând o moleculă de fructosodifosfat (FDF). Dintre cele două fruktozodifosfata molecule (F-1, 6-DIF) formate fructoza 6-fosfat (F-6-P) și glucoză 1-fosfat (G-1-F). Glucoza 1-fosfat, care interacționează cu trifosfat uridin (UTP), dă uridindifosfoglyukozu (UDPG-ului). La rândul său, UDFG, care reacționează cu F-6-F, dă fosfat de zaharoză. Aparent, zaharoza este primul zahăr liber format în procesul de fotosinteză. Monozaharidele nefosforilate se formează din sucroză (glucoză și fructoză). Amidonul este format din adenozindifosfoglyukozy (ADFG) sau uridindifosfoglyukozy (UDPG-ului), procesul este catalizată de enzima amilosintetazoy. Printre primele produse de fotosinteză s-au găsit aminoacizi. Aparent, FHA, format în prima etapă a ciclului Calvin, poate fi transformată în acid piruvic. Acest proces este deosebit de intens, cu o lipsă de NADPH, motiv pentru care transformarea FGA în FGA (modul obișnuit în ciclul Calvin) este întârziată. Acidul piruvic în prezența NH3 dă alanina aminoacidului. Se arată că rata de încorporare în alanina 14 celule Chlorella C02 în anumite condiții, poate chiar să depășească viteza includerii sale în zaharoză. Un număr de acizi organici (în ciclul Krebs) se pot forma din acidul piruvic.
Acizii organici formați în procesul de aminare sau de reaminare dau aminoacizi. Prin sine, sinteza aminoacizilor nu inseamna inca formarea de proteine. Cu toate acestea, sa arătat că există o relație directă între aceste două procese. Astfel, sub influența iluminării cu raze albastre (458-480 nm), se intensifică formarea fotosintetică a aminoacizilor și a proteinelor. În prezența inhibitorilor sintezei proteinelor, acțiunea luminii albastre nu apare. În cele din urmă, din produsele intermediare ale ciclului Calvin se pot forma grăsimi, lipide și alte produse. Compoziția produselor formate în timpul fotosintezei poate fi determinată din valorile coeficientului fotosintetic. Coeficientul fotosintetic este raportul dintre oxigenul eliberat în timpul fotosintezei și CO2 absorbit. În cazul în care se formează hidrați de carbon în timpul fotosintezei, în funcție de totalul ecuației dată, rata de fotosinteză ar trebui să fie egală unitate: 602 / 6S02 = 1. în formarea compușilor recuperați (conținând mai puțin oxigen), comparativ cu carbohidrați, rata de fotosinteză trebuie să fie mai mare decât unitatea. În cazul formării raportului proteine fotosintetic este de 1,25 în cazul grăsimilor - 1,44. Valoarea medie a coeficientului fotosintetic pentru 27 de specii de plante a fost de 1,04. Calculele au arătat că o asemenea valoare a coeficientului fotosintetic indică formarea împreună cu carbohidrații a unei cantități de proteine (aproximativ 12%). Se stabilește că valoarea coeficientului fotosintetic variază în funcție de condiții. Preponderența razelor albastre de roșu crește proporția de proteine generate, în timp ce lumina roșie favorizează formarea de carbohidrati (NP Voskresenskaya). Amplificarea de aprovizionare cu azot a plantelor este în mod natural crește, de asemenea, rata de fotosinteză și crește sinteza proteinelor primare. Există dovezi că calitatea produselor fotosintetice este influențată de intensitatea iluminării. La iluminare înaltă, se formează mai mulți carbohidrați și cu aminoacizi reduse.
Totuși, principalul produs al fotosintezei este zaharurile. În acest sens, este posibilă descifrarea ecuației rezumative a fotosintezei după cum urmează. Pe baza acestor reacții, se poate calcula echilibrul energetic al ciclului Calvin. Pentru a recupera șase molecule de la nivelul C02 de glucide (glucoză) necesită 18 ATP și 12 NADPH. Prin urmare, pentru recuperarea carbohidraților la nivelul unei molecule C02 necesită trei molecule de ATP și două NADPH. După cum am văzut, 8 canale de lumină sunt necesare pentru a forma două molecule de NADPH și două molecule ATP. Lipsa ATP se formează în timpul fotofosforilării ciclice. Prin urmare, 8-9 fotoni trebuie să fie cheltuiți pentru a restabili o moleculă de CO2 la nivelul carbohidraților. Energia cuantică a luminii roșii este de 168 kJ / mol. Astfel, cu utilizarea de canale de lumină roșie, recuperarea unei molecule de CO2 la nivelul carbohidraților consumă aproximativ 1340-1508 kJ. Din această energie, 478 kJ este depus în y6 mol de hexoză. Eficiența fotosintezei în acest caz ar trebui să fie de aproximativ 30-35%. Cu toate acestea, în condiții naturale, coeficientul de utilizare a luminii este mult mai mic. Spre deosebire de enzimele implicate în lanțul de transport de electroni (faza de lumină a fotosintezei), Calvin enzimele ciclului localizate în stroma din cloroplaste. Aplicarea coordonată a tuturor reacțiilor facilitat de faptul că aceste enzime sunt adesea asociate pe suprafața membranei și cuprind anumite ansambluri. Cale asimilare de carbon în timpul fotosintezei montat Calvin și a propus ca ciclul Calvin, este comună tuturor organismelor autotrofe. Cu toate acestea, există modalități diferite de a transfera C02 în ciclul Calvin. Deci, oamenii de stiinta australieni M.D. Hatch și K.R. Slack (1966) și om de știință sovietic Yu.S. Karpilov (1960) au arătat că anumite plante, predominant tropicale și subtropicale (inclusiv porumb, trestie de zahăr, amaranth, mei, sorg), fotosinteza este ușor diferit. În acest caz, primul produs de carboxilare este un compus care conține 4 atomi de carbon. Prin urmare, această cale a fost denumită calea C4, spre deosebire de ciclul Calvin, în care se formează un FHC care conține 3 atomi de carbon (calea C3).