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暗反應的秘密：為什麼卡爾文循環與黑暗無關？
卡爾文循環，通常被稱為「暗反應」，實際上與黑暗毫無直接關係，而是發生在光的存在下，依賴於光合作用過程中的能量產物。這一系列複雜的化學反應將二氧化碳和氫攜帶化合物轉化為植物可用的葡萄糖，主要在植物細胞的葉綠體基質中進行。
雖然名稱上包含「暗」，卡爾文循環的反應其實需要光依賴的產物，如ATP和NADPH。
卡爾文循環是如何運作的？它分為三個主要階段：碳酸化、還原反應和核酮糖-1,5-二磷酸（RuBP）再生。在這過程中，二氧化碳與五碳的RuBP結合，接著生成穩定的三碳化合物。在這一反應中，RuBisCO酶起著至關重要的作用，其催化反應的效率直接影響整個循環的進行。
卡爾文循環中的第一步是酶RuBisCO催化RuBP與二氧化碳的結合，隨後產生的一個不穩定的六碳化合物迅速分解成兩個三碳化合物。
在此過程中，ATP和NADPH作為能量和還原劑的提供者，使三碳化合物轉化為更複雜的糖類。雖然反應的終產物主要是三碳糖磷酸化合物，但這並不意味著它們不能進一步轉化為含六個碳的糖類。這些三碳產品可用於合成更大的碳水化合物，例如蔗糖和澱粉。
卡爾文循環的運行不僅依賴於光照，還受到植物內部其它代謝路徑的影響，如光呼吸過程，其中RuBisCO可將氧氣也作為底物，產生不利的副產品，這在高溫環境中更為明顯。
光呼吸的過程在植物中引起的二氧化碳損失，使得專門進化出C4和CAM光合路徑的植物在高溫環境中更具競爭力。
這種競爭的表現是如何解釋的？C4植植物和CAM植物都採用不同的策略來捕獲二氧化碳，以減少光呼吸的影響。例如，C4植物將二氧化碳在不同的細胞中固定，使得它們在高溫和低二氧化碳環境中依然能高效進行光合作用。
卡爾文循環通常與光依賴反應密切結合，這些光依賴反應在葉綠體的類囊體膜上發生，這些反應產生的ATP和NADPH將用於卡爾文循環的後續反應中。若沒有這些光依賴的反應，卡爾文循環將無法進行。
因此，儘管名稱中包含「暗反應」，但實際上這是一個對光合作用至關重要的過程。許多植物在夜間使用儲存在澱粉中的能量來維持生命，但這並不代表卡爾文循環及其過程在黑暗中進行。相反，這一反應主要因為缺乏光而難以進行。
這一過程中的各種酶，在有光照的情況下被激活，隨著光照變暗而失活，揭示了光與這些生化反應之間密不可分的關係。
卡爾文循環的發現，早在1950年就由墨爾文·卡爾文及其同僚首次引入，這一進步促進了我們對光合作用的理解。這一發現不僅開啟了植物光合作用的研究，同時也對生物學的其它領域產生了深遠的影響，這顯示了生命系統運行的複雜性。
隨著科學技術的進步，我們對卡爾文循環的理解持續加深，這一過程再次證明了自然界中各種生命過程間的交織關係。那么，當我們面對氣候變化的挑戰時，植物如何依賴於這些反應來適應環境的變化呢？
