Photosynthesis: Light-dependent Reactions and Calvin Cycle

Photosynthesis

Light-dependent Reactions

• Location: Thylakoid membranes of chloroplasts.
• Process:
  • Light energy is absorbed by chlorophyll.
  • Water molecules (H2O) are split (photolysis) to release oxygen (O2), protons (H+), and electrons.
  • Excited electrons travel through the electron transport chain (ETC).
  • Energy from electrons is used to pump H+ ions into the thylakoid lumen, creating a proton gradient.
  • ATP is generated via ATP synthase as H+ ions flow back into the stroma.
  • NADP+ is reduced to NADPH by electrons and protons.
• Outputs: Oxygen (O2), ATP, and NADPH.

Calvin Cycle

• Location: Stroma of chloroplasts.
• Process:
  1. Carbon Fixation:
     • CO2 is fixed to ribulose bisphosphate (RuBP) by the enzyme RuBisCO.
     • Forms 3-phosphoglycerate (3-PGA).
  2. Reduction Phase:
     • ATP and NADPH from light-dependent reactions convert 3-PGA into glyceraldehyde-3-phosphate (G3P).
  3. Regeneration of RuBP:
     • Some G3P molecules are used to regenerate RuBP.
     • Requires ATP.
• Outputs: G3P (usable energy), ADP, NADP+ (returned to light-dependent reactions).
• Cycle Continuity: Requires three turns to fix three CO2 molecules to produce one G3P.

การสังเคราะห์ด้วยแสง

ปฏิกิริยาในขั้นตอนที่ขึ้นอยู่กับแสง

• สถานที่: เมมเบรนไธอะลาคอยด์ในคลอโรพลาสต์
• กระบวนการ:
  • พลังงานแสงถูกดูดซับโดยคลอโรฟิลล์
  • โมเลกุลน้ำ (H2O) ถูกแตกออก (ฟอตอลิซิส) เพื่อปล่อยออกซิเจน (O2), โปรตอน (H+), และอิเล็กตรอน
  • อิเล็กตรอนที่ตื่นตัวจะเคลื่อนที่ผ่านสายโซ่อิเล็กตรอน (ETC)
  • พลังงานจากอิเล็กตรอนใช้เพื่อสูบ H+ เข้าไปในลูเมนของไธอะลาคอยด์ สร้างเกรเดียนต์โปรตอน
  • ATP ถูกผลิตขึ้นผ่าน ATP ซินเทส ขณะที่ H+ กลับเข้าสู่สโตรมา
  • NADP+ ถูกลดลงเป็น NADPH โดยอิเล็กตรอนและโปรตอน
• ผลลัพธ์: ออกซิเจน (O2), ATP, และ NADPH

วงจรคาลวิน

• สถานที่: สโตรมาในคลอโรพลาสต์
• กระบวนการ:
  • การตรึงคาร์บอน:
    • CO2 ถูกตรึงเข้ากับรูบิโลสไบฟอสเฟต (RuBP) โดยเอนไซม์ RuBisCO และสร้าง 3-ฟอสโฟกลีเซอเรต (3-PGA)
  • เฟสการลดลง:
    • ATP และ NADPH จากปฏิกิริยาในขั้นตอนที่ขึ้นอยู่กับแสง แปลง 3-PGA เป็นกลีเซอรัลดีไฮด์-3-ฟอสเฟต (G3P)
  • การสร้าง RuBP ใหม่:
    • โมเลกุล G3P บางส่วนถูกใช้ในการสร้าง RuBP ใหม่ ต้องการ ATP
• ผลลัพธ์: G3P (พลังงานที่ใช้ได้), ADP, NADP+ (ส่งกลับไปยังปฏิกิริยาในขั้นตอนที่ขึ้นอยู่กับแสง)
• ความต่อเนื่องของวงจร: ต้องใช้การหมุนสามรอบเพื่อตรึง CO2 สามโมเลกุลเพื่อผลิต G3P หนึ่งโมเลกุล