الخطوة الأولى في عملية التمثيل الضوئي هي التفاعل المعتمد على الضوء، وفيها، تمتص جزيئات الكلوروفيل الفوتونات وتستخدم هذه الطاقة لتحرير إلكترون مشحون بالطاقة. ثم يتم تمرير الإلكترون إلى سلسلة من الجزيئات والإنزيمات التي تستخدمه لإنشاء جزيئين حاملين للطاقة، وهما الأدينوسين ثلاثيُّ الفوسفات ATP وفوسفات ثنائي نكليوتيد النيكوتين والأدينين المختزل NADPH .
لاستبدال الإلكترونات المفقودة، يقسم الكلوروفيل جزيئات الماء، ويمتص الإلكترونات ويطلق غاز الأوكسجين وأيونات الهيدروجين: 2H2O → O2 + 4H+ + 4e–. ثم تبدأ جزيئات الأدينوسين ثلاثيُّ الفوسفات (ATP) وفوسفات ثنائي نكليوتيد النيكوتين والأدينين المختزل (NADPH) بالمشاركة في التفاعلات غير المعتمدة على الضوء (أو "المظلمة") التي تعتبر جزءًا من دورة كالفين.
دورة كالفين
دورة كالفين هي سلسلة دورية من التفاعلات التي تستخدم الجزيئات الحاملة للطاقة (ATP) و(NADPH) التي نتجت عن التفاعلات المعتمدة على الضوء في "تثبيت" ثاني أكسيد الكربون داخل الجزيئات العضوية.
وفي دورة كالفين، يتفاعل جزيء ثاني أكسيد الكربون مع الريبولوز ثنائي الفوسفات (RuBP)، وهو جزيء يحتوي على خمس ذرات من الكربون، مضيفًا ذرة كربون واحدة لإنتاج جزيئين من فوسفوجليسرالدهيد (GA3P)، اللذيْن يحتوي كل منهما على ثلاث ذرات من الكربون.
تُستخدم خمسة من كل ستة جزيئات من فوسفوجليسرالدهيد (GA3P)، الناتجة في الدورة لإعادة إنتاج الريبولوز ثنائي الفوسفات (RuBP). وتُنتج خمسة جزيئات من فوسفوجليسرالدهيد (GA3P) (التي تحتوي كل منها على ثلاث ذرات من الكربون) ثلاثة جزيئات من الريبولوز ثنائي فوسفات (RuBP) (التي يحتوي كل منها على خمس ذرات من الكربون). ويُستخدم الجزيء السادس من فوسفوجليسرالدهيد (GA3P) لإنتاج الجلوكوز، حيث يُستخدم جزيئين من فوسفوجليسرالدهيد (GA3P) في إنتاج جزيء واحد من الجلوكوز يحتوي على ست ذرات من الكربون.
تحفز الجزيئات الحاملة للطاقة (ATP) و (NADPH) سلسلة التفاعلات.
كيف تستفيد النباتات من مخزون الجلوكوز؟
يوفر الجلوكوز الذي تم إنتاجه أثناء عملية التمثيل الضوئي الطاقة اللازمة لجميع العمليات الخلوية الأخرى في النبات. ويمكن للنباتات نقل الجلوكوز إلى الأجزاء التي تحتاج إليه من خلال نوع ثانٍ من الأنسجة الوعائية تسمى "اللحاء"". حيث ينقل النسيج الوعائي الخشبي الماء والمعادن إلى الأوراق لاستخدامها في عملية التمثيل الضوئي، ثم يُعيد اللحاء الجلوكوز إلى الأجزاء الأخرى من النبات. ويشكل النسيج الوعائي الخشبي واللحاء معًا "الأوردة" في أوراق وسيقان النباتات.