C3 and Dark reaction Questions in Gujarati

(C) $RuBisCO$ (રિબ્યુલોઝ બાયફૉસ્ફેટ કાર્બોક્સિલેઝ-ઑક્સિજિનેઝ) એ સમગ્ર જીવાવરણમાં સૌથી વધુ પ્રમાણમાં જોવા મળતું પ્રોટીન છે.
તે કેલ્વિન ચક્રમાં મુખ્ય ઉત્સેચક છે,જે વનસ્પતિઓમાં $CO_2$ ના સ્થાપન માટે જવાબદાર છે.
તે વનસ્પતિના પર્ણોમાં રહેલા કુલ દ્રાવ્ય પ્રોટીનનો નોંધપાત્ર હિસ્સો ધરાવે છે.

(A) $RuBisCO$ એટલે રિબ્યુલોઝ-$1,5$-બાયફૉસ્ફેટ કાર્બોક્ઝાયલેઝ-ઑક્સિજિનેઝ.
તે પૃથ્વી પરનું સૌથી વધુ પ્રમાણમાં જોવા મળતું ઉત્સેચક છે.
તે પ્રકાશસંશ્લેષણ દરમિયાન કેલ્વિન ચક્રમાં રિબ્યુલોઝ-$1,5$-બાયફૉસ્ફેટ $(RuBP)$ ના કાર્બોક્સિલેશનની પ્રક્રિયાને ઉદ્દીપ્ત કરીને મહત્વની ભૂમિકા ભજવે છે.

(C) $RUBISCO$ નું પૂર્ણ નામ રિબ્યુલોઝ-$1,5$-બાયફૉસ્ફેટ કાર્બોક્ઝાયલેઝ-ઑક્સિજીનેઝ છે.
તે પૃથ્વી પરનું સૌથી વધુ પ્રમાણમાં જોવા મળતું ઉત્સેચક છે.
તે કેલ્વિન ચક્રમાં રિબ્યુલોઝ-$1,5$-બાયફૉસ્ફેટ $(RuBP)$ નું $CO_2$ સાથે કાર્બોક્સિલેશન કરીને મહત્વની ભૂમિકા ભજવે છે.

(B) સાચો જવાબ $RuBisCO$ (Ribulose$-1,5-$bisphosphate carboxylase-oxygenase) છે.
$RuBisCO$ એ એક સંયુગ્મી પ્રોટીન (હોલોએન્ઝાઇમ) છે જે પ્રોટીન ભાગ (એપોએન્ઝાઇમ) અને બિન-પ્રોટીન કોફેક્ટરનું બનેલું છે,જે પ્રકાશસંશ્લેષણના કેલ્વિન ચક્રમાં કાર્બન ફિક્સેશનના તબક્કા માટે આવશ્યક છે.
$RuBP$ એ પાંચ કાર્બન ધરાવતી શર્કરા છે,$Magnesium$ એ ખનિજ આયન (કોફેક્ટર) છે,અને $PGAL$ એ ત્રણ કાર્બન ધરાવતી શર્કરાનું મધ્યવર્તી સંયોજન છે. તેથી,$RuBisCO$ એ સાચો જૈવિક જવાબ છે.

(B) પ્રકાશસંશ્લેષણની પ્રકાશ-સ્વતંત્ર પ્રક્રિયાઓ (જેને અંધકાર પ્રક્રિયાઓ અથવા બ્લેકમેનની પ્રક્રિયાઓ તરીકે પણ ઓળખવામાં આવે છે) હરિતકણના સ્ટ્રોમા અથવા આધારકમાં થાય છે.
આ પ્રક્રિયાઓ ઉત્સેચકીય પ્રક્રિયાઓ છે જે $CO_2$ નું કાર્બોદિત પદાર્થોમાં એસિમિલેશન (સ્વાંગીકરણ) કરવા માટે ઉદ્દીપનનું કાર્ય કરે છે.

(D) સાચો જવાબ $D$ છે. પ્રકાશસંશ્લેષણની પ્રકાશ-સ્વતંત્ર પ્રક્રિયાઓ (જેને કેલ્વિન ચક્ર અથવા અંધકાર પ્રક્રિયાઓ તરીકે પણ ઓળખવામાં આવે છે) સંપૂર્ણપણે ઉત્સેચકીય છે અને તે હરિતકણના સ્ટ્રોમામાં થાય છે. આ પ્રક્રિયાઓ પ્રકાશથી સ્વતંત્ર છે,જેનો અર્થ છે કે તે પ્રકાશની હાજરી અથવા ગેરહાજરીમાં થઈ શકે છે,જો જરૂરી એસિમિલેટરી પાવર ($ATP$ અને $NADPH$) ઉપલબ્ધ હોય. જોકે સ્ટ્રોમામાં રિબોઝોમ્સ હોઈ શકે છે,પરંતુ પ્રકાશસંશ્લેષણના સંદર્ભમાં સ્ટ્રોમાની મુખ્ય કાર્યાત્મક લાક્ષણિકતા એ છે કે તેમાં પ્રકાશ-સ્વતંત્ર પ્રક્રિયાઓ માટે જરૂરી ઉત્સેચકો આવેલા હોય છે.

(A) કેલ્વિન ચક્ર ત્રણ મુખ્ય તબક્કાઓ ધરાવે છે: કાર્બોક્સિલેશન,રિડક્શન અને પુનઃસર્જન.
$1$. કાર્બોક્સિલેશન એ કેલ્વિન ચક્રનું સૌથી મહત્વનું પગલું છે જેમાં $CO_2$ નો ઉપયોગ $RuBP$ ના કાર્બોક્સિલેશન માટે થાય છે.
$2$. આ પ્રક્રિયા $RuBisCO$ ઉત્સેચક દ્વારા ઉદ્દીપિત થાય છે,જેના પરિણામે $3-PGA$ ના બે અણુઓ બને છે.
$3$. આ પગલામાં વાતાવરણીય $CO_2$ નું સ્થાયી કાર્બનિક અણુમાં સ્થાપન થતું હોવાથી,તેને કાર્બન એસિમિલેશન માટેનું સૌથી મહત્વનું પગલું માનવામાં આવે છે.

(B) કેલ્વિન ચક્રમાં ગ્લુકોઝ ઉત્પન્ન કરવા માટે $CO_2$ નું સ્થાપન થાય છે.
ગ્લુકોઝ $(C_6H_{12}O_6)$ ના એક અણુના સંશ્લેષણ માટે $CO_2$ ના $6$ અણુઓનું સ્થાપન કરવું જરૂરી છે.
દરેક $CO_2$ અણુના સ્થાપન માટે રિડક્શન અને પુનઃસર્જનના તબક્કા દરમિયાન $2$ અણુ $NADPH$ અને $3$ અણુ $ATP$ વપરાય છે.
તેથી,$CO_2$ ના $6$ અણુઓ માટે,કુલ જરૂરિયાત $6 \times 2 = 12$ અણુ $NADPH$ અને $6 \times 3 = 18$ અણુ $ATP$ ની છે.

(B) કેલ્વિન ચક્રમાં,જે $C_3$ વનસ્પતિઓમાં જોવા મળે છે,પ્રાથમિક કાર્બન ડાયોક્સાઇડ સ્વીકારનાર $5$-કાર્બન ધરાવતું શર્કરા ફોસ્ફેટ છે જેને રીબ્યુલોઝ $1, 5$-બિસફોસ્ફેટ $(RuBP)$ કહેવામાં આવે છે.
આ અણુ RuBisCO ઉત્સેચકની હાજરીમાં $CO_2$ સાથે પ્રક્રિયા કરીને $3$-ફોસ્ફોગ્લિસેરિક એસિડ $(PGA)$ ના બે અણુઓ બનાવે છે,જે આ ચક્રની પ્રથમ સ્થાયી નીપજ છે.

(B) $C_3$ વનસ્પતિઓ ઊંચી $CO_2$ સાંદ્રતા હેઠળ મહત્તમ પ્રકાશસંશ્લેષણ દર્શાવે છે.
$C_3$ વનસ્પતિઓમાં,$RuBisCO$ ઉત્સેચક $CO_2$ અને $O_2$ બંને પ્રત્યે આકર્ષણ ધરાવે છે.
જ્યારે $CO_2$ નું પ્રમાણ વધારે હોય છે,ત્યારે $RuBisCO$ કાર્બોક્સિલેઝ તરીકે કાર્ય કરે છે,જે કેલ્વિન ચક્રને સરળ બનાવે છે અને કાર્બન સ્થાપનની પ્રક્રિયા કાર્યક્ષમ બનાવે છે.
તેનાથી વિપરીત,$O_2$ નું ઊંચું પ્રમાણ પ્રકાશશ્વસન (photorespiration) તરફ દોરી જાય છે,જે પ્રકાશસંશ્લેષણની કાર્યક્ષમતા ઘટાડે છે.
તેથી,ઊંચી $CO_2$ સાંદ્રતા એ મુખ્ય પરિબળ છે જે $C_3$ વનસ્પતિઓમાં પ્રકાશસંશ્લેષણનો દર વધારે છે.

(A) અંધકાર પ્રક્રિયા,જેને કેલ્વિન ચક્ર તરીકે પણ ઓળખવામાં આવે છે,તે પ્રકાશ પ્રક્રિયામાં ઉત્પન્ન થયેલ $ATP$ અને $NADPH$ નો ઉપયોગ કરીને $CO_2$ નું ગ્લુકોઝ $(C_6H_{12}O_6)$ માં સ્થાપન કરે છે.
ગ્લુકોઝના એક અણુના સંશ્લેષણ માટે કેલ્વિન ચક્રના એકંદર સમીકરણમાં,$6CO_2$,$18ATP$ અને $12NADPH$ નો ઉપયોગ થાય છે.
તેના પરિણામે $1$ અણુ ગ્લુકોઝ $(C_6H_{12}O_6)$,$18ADP$,$18Pi$ અને $12NADP^+$ ઉત્પન્ન થાય છે.
$CO_2$ એ કેલ્વિન ચક્રમાં વપરાતો પ્રક્રિયક છે,નીપજ નથી.
તેથી,$6CO_2$ એ અંધકાર પ્રક્રિયાની નીપજ નથી.

(B) કેલ્વિન ચક્ર (અંધકાર પ્રક્રિયા) માં,ચક્રને જાળવી રાખવા માટે પુનઃસર્જનનો તબક્કો આવશ્યક છે.
ટ્રાયોઝ ફોસ્ફેટમાંથી $6$ $RuBP$ (રિબ્યુલોઝ $1,5$-બાયફોસ્ફેટ) અણુઓને પુનઃજીવિત કરવા માટે $6$ $ATP$ અણુઓ વપરાય છે.
ચોક્કસ રીતે કહીએ તો,દરેક $CO_2$ અણુના સ્થાપન માટે,પુનઃસર્જનના તબક્કામાં $1$ $ATP$ વપરાય છે. ગ્લુકોઝનો એક અણુ બનાવવા માટે $6$ $CO_2$ અણુઓની જરૂર હોવાથી,$6$ $RuBP$ અણુઓના પુનઃસર્જન માટે $6$ $ATP$ અણુઓનો ઉપયોગ થાય છે.

(B) $C_3$ ચક્ર (કેલ્વિન ચક્ર) માં,$CO_2$ ના એક અણુના સ્થાપન માટે $3 \, ATP$ અને $2 \, NADPH$ અણુઓની જરૂર પડે છે.
ગ્લુકોઝ $(C_6H_{12}O_6)$ નો એક અણુ બનાવવા માટે,$CO_2$ ના $6$ અણુઓનું સ્થાપન થવું જરૂરી છે.
તેથી,કુલ જરૂરિયાત $6 \times (3 \, ATP) = 18 \, ATP$ અને $6 \times (2 \, NADPH) = 12 \, NADPH$ છે.
આમ,સાચો જવાબ $18 \, ATP$ અને $12 \, NADPH$ છે.

(C) કેલ્વિન ચક્ર એ એક પ્રક્રિયા છે જે $CO_2$ ને કાર્બનિક સંયોજનોમાં સ્થાપિત કરે છે.
કેલ્વિન ચક્રનો દરેક તબક્કો (ચક્ર) $CO_2$ ના એક અણુને ત્રણ-કાર્બન ધરાવતી શર્કરા (G3P) માં સ્થાપિત કરે છે.
ગ્લુકોઝના એક અણુ $(C_6H_{12}O_6)$ માં $6$ કાર્બન પરમાણુઓ હોવાથી,ગ્લુકોઝનો એક અણુ બનાવવા માટે $6$ અણુ $CO_2$ ની જરૂર પડે છે,તેથી કેલ્વિન ચક્ર $6$ વાર ફરવું જરૂરી છે.

(B) કેલ્વિન ચક્રમાં,$CO_2$ ના એક અણુના સ્થાપન માટે $3$ અણુ $ATP$ અને $2$ અણુ $NADPH$ ની જરૂર પડે છે.
આ અણુઓ ચક્રના રિડક્શન તબક્કા દરમિયાન $3$-ફોસ્ફોગ્લિસરેટ $(PGA)$ ને ટ્રાયોઝ ફોસ્ફેટમાં રૂપાંતરિત કરવા માટે વપરાય છે.

(B) અંધકાર પ્રક્રિયા,જેને કેલ્વિન ચક્ર અથવા પ્રકાશ-સ્વતંત્ર પ્રક્રિયા તરીકે પણ ઓળખવામાં આવે છે,તે હરિતકણના સ્ટ્રોમામાં થાય છે.
આ પ્રક્રિયા દરમિયાન,પ્રકાશ પ્રક્રિયાઓ દરમિયાન ઉત્પન્ન થયેલ $ATP$ અને $NADPH$ માં સંગ્રહિત ઉર્જાનો ઉપયોગ વાતાવરણીય $CO_2$ ને કાર્બનિક સંયોજનોમાં સ્થાપિત કરવા માટે થાય છે.
કેલ્વિન ચક્રના અંતે બનતી મુખ્ય સ્થાયી નીપજ ટ્રાયોઝ ફોસ્ફેટ શર્કરા છે,જેનો ઉપયોગ ત્યારબાદ ગ્લુકોઝ $(C_6H_{12}O_6)$ ના સંશ્લેષણ માટે થાય છે.
તેથી,આપેલા વિકલ્પોમાંથી,$C_6H_{12}O_6$ એ અંધકાર પ્રક્રિયાની અંતિમ કાર્બનિક નીપજ દર્શાવે છે.

(A) પ્રકાશસંશ્લેષણની પ્રકાશ-રાસાયણિક પ્રક્રિયા (પ્રકાશ-આધારિત પ્રક્રિયા) દરમિયાન $ATP$ અને $NADPH$ ઉત્પન્ન થાય છે.
આ નીપજો પ્રકાશસંશ્લેષણના જૈવસંશ્લેષણ તબક્કા (અંધકાર પ્રક્રિયા) માટે આવશ્યક છે.
$C_3$ વનસ્પતિઓમાં કાર્બન સ્થાપન માટે $Calvin$ ચક્ર એ મુખ્ય પથ છે,જેમાં $CO_2$ નું શર્કરામાં રિડક્શન કરવા માટે $ATP$ અને $NADPH$ નો ઉપયોગ થાય છે.
તેથી,સાચો તબક્કો $Calvin$ ચક્ર છે.

(A) કેલ્વિન ચક્રમાં,$1$ $CO_2$ અણુના સ્થાપન માટે $3$ $ATP$ અને $2$ $NADPH_2$ અણુઓની જરૂર પડે છે.
ગ્લુકોઝ $(C_6H_{12}O_6)$ ના એક અણુના સંશ્લેષણ માટે,આ ચક્ર $6$ વખત ફરે છે,જેના માટે કુલ $18$ $ATP$ અને $12$ $NADPH_2$ અણુઓની જરૂર પડે છે.
તેથી,એક $CO_2$ અણુના સ્થાપન માટે $3$ $ATP$ અને $2$ $NADPH_2$ ની આવશ્યકતા રહે છે.

(A) કેલ્વિન ચક્રમાં ગ્લુકોઝ $(C_6H_{12}O_6)$ ના એક અણુના સંશ્લેષણ માટે ચક્રના $6$ ચક્ર (turns) જરૂરી છે.
કેલ્વિન ચક્રના દરેક ચક્રમાં $3 \, ATP$ અને $2 \, NADPH$ અણુઓ વપરાય છે.
તેથી,ગ્લુકોઝના $1$ અણુ માટે:
જરૂરી $ATP = 6 \times 3 = 18 \, ATP$
જરૂરી $NADPH = 6 \times 2 = 12 \, NADPH$
ગ્લુકોઝના $4$ અણુઓ માટે:
જરૂરી $ATP = 4 \times 18 = 72 \, ATP$
જરૂરી $NADPH = 4 \times 12 = 48 \, NADPH$
કુલ જરૂરી ચક્ર = $4 \times 6 = 24$ વખત.
આમ,સાચી જરૂરિયાત $72 \, ATP, 48 \, NADPH$ અને $24$ ચક્ર છે.

(A) $1$. RuBisCO (Ribulose$-1,5-$bisphosphate carboxylase-oxygenase) ખરેખર વિશ્વનો સૌથી વધુ પ્રમાણમાં જોવા મળતો ઉત્સેચક છે કારણ કે તે કેલ્વિન ચક્રમાં કાર્બન સ્થાપનના પ્રાથમિક તબક્કા માટે અનિવાર્ય છે.
$2$. આ ઉત્સેચક વિશિષ્ટ છે કારણ કે તે દ્વિ-સ્વભાવ ધરાવે છે; તેનું સક્રિય સ્થાન $CO_2$ (કાર્બોક્સિલેઝ પ્રવૃત્તિ) અને $O_2$ (ઓક્સિજનેઝ પ્રવૃત્તિ) બંને સાથે જોડાઈ શકે છે.
$3$. તેથી,વિધાન $A$ સાચું છે કારણ કે તે ઉત્સેચકના કાર્ય અને સ્વભાવનું સચોટ વર્ણન કરે છે.
$4$. વિધાન $R$ પણ સાચું છે કારણ કે તે સ્થાપિત તથ્ય જણાવે છે કે RuBisCO પૃથ્વી પરનો સૌથી વધુ પ્રમાણમાં જોવા મળતો ઉત્સેચક છે.
$5$. આમ,બંને વિધાનો સાચા છે.

(B) $C_3$ વનસ્પતિઓમાં,પ્રાથમિક કાર્બોક્સિલેશનની પ્રક્રિયા કેલ્વિન ચક્ર દરમિયાન થાય છે.
આ પ્રક્રિયામાં વાતાવરણીય $CO_2$ નું સ્થાયી કાર્બનિક મધ્યવર્તી સંયોજનમાં સ્થાપન થાય છે.
આ પ્રક્રિયા માટે જવાબદાર ઉત્સેચક રિબ્યુલોઝ-$1,5$-બિસફોસ્ફેટ કાર્બોક્સિલેઝ-ઓક્સિજનેઝ છે,જેને સામાન્ય રીતે $RuBP$ કાર્બોક્સિલેઝ અથવા $RuBisCO$ તરીકે ઓળખવામાં આવે છે.
તે $CO_2$ સાથે $RuBP$ ($5$-કાર્બન શર્કરા) ના કાર્બોક્સિલેશનને ઉત્પ્રેરિત કરે છે,જેના પરિણામે $3$-ફોસ્ફોગ્લિસરેટ ($3$-$PGA$) ના બે અણુઓ બને છે.

(D) પ્રકાશસંશ્લેષણમાં,પ્રક્રિયાને બે મુખ્ય તબક્કાઓમાં વહેંચવામાં આવે છે: પ્રકાશ-આધારિત પ્રક્રિયા અને પ્રકાશ-સ્વતંત્ર પ્રક્રિયા (જેને અંધકાર પ્રક્રિયા અથવા કેલ્વિન ચક્ર તરીકે પણ ઓળખવામાં આવે છે).
પ્રકાશ પ્રક્રિયા દરમિયાન,$ATP$ અને $NADPH$ ઉત્પન્ન કરવા માટે પ્રકાશ ઉર્જાનો ઉપયોગ થાય છે.
કાર્બન ડાયોક્સાઇડનું સ્થાપન અંધકાર પ્રક્રિયા (કેલ્વિન ચક્ર) દરમિયાન થાય છે,જ્યાં પ્રકાશ પ્રક્રિયામાં ઉત્પન્ન થયેલ $ATP$ અને $NADPH$ નો ઉપયોગ કરીને $CO_2$ નું ગ્લુકોઝમાં રૂપાંતર કરવામાં આવે છે.
તેથી,કાર્બન ડાયોક્સાઇડનું સ્થાપન અંધકાર પ્રક્રિયા દરમિયાન થાય છે.

(C) કૅલ્વિન ચક્રની શોધ મેલ્વિન કૅલ્વિન અને તેમના સહયોગીઓ દ્વારા કરવામાં આવી હતી.
તેમણે પ્રકાશસંશ્લેષણની અંધકાર પ્રક્રિયામાં કાર્બનનો માર્ગ શોધવા માટે શેવાળના પ્રકાશસંશ્લેષણના અભ્યાસમાં રેડિયો એક્ટિવ $C^{14}$ આઇસોટોપનો ઉપયોગ કર્યો હતો.
આ ટેકનિકને રેડિયો એક્ટિવ આઇસોટોપ ટેકનિક અથવા કાર્બન લેબલિંગ તરીકે ઓળખવામાં આવે છે.

(B) પ્રકાશસંશ્લેષણની પ્રક્રિયા બે મુખ્ય તબક્કામાં વહેંચાયેલી છે: પ્રકાશ-આધારિત પ્રક્રિયા અને પ્રકાશ-સ્વતંત્ર પ્રક્રિયા (જેને અંધકાર પ્રક્રિયા અથવા કેલ્વિન ચક્ર તરીકે પણ ઓળખવામાં આવે છે).
$1$. પ્રકાશ-આધારિત પ્રક્રિયા હરિતકણના થાઇલેકૉઇડ પટલોમાં થાય છે,જ્યાં $ATP$ અને $NADPH$ ઉત્પન્ન થાય છે.
$2$. અંધકાર પ્રક્રિયા (કેલ્વિન ચક્ર) હરિતકણના સ્ટ્રોમામાં થાય છે,જ્યાં પ્રકાશ પ્રક્રિયામાં ઉત્પન્ન થયેલા $ATP$ અને $NADPH$ નો ઉપયોગ કરીને $CO_2$ નું કાર્બોદિતમાં સ્થાપન કરવામાં આવે છે.
તેથી,અંધકાર પ્રક્રિયા માટેનું યોગ્ય સ્થાન સ્ટ્રોમા છે.

(B) કૅલ્વિન ચક્રમાં,જે હરિતકણના સ્ટ્રોમામાં થાય છે,$CO_2$ નો પ્રાથમિક ગ્રાહક $5$-કાર્બન ધરાવતી કીટોઝ શર્કરા છે જેને રિબ્યુલોઝ $1,5$-બિસફૉસ્ફટ $(RuBP)$ કહેવામાં આવે છે.
આ પ્રક્રિયા રિબ્યુલોઝ બિસફૉસ્ફટ કાર્બોક્સિલેઝ-ઓક્સિજનેઝ $(RuBisCO)$ ઉત્સેચક દ્વારા ઉદ્દીપિત થાય છે.
$PEP$ એ $C_4$ વનસ્પતિઓમાં $CO_2$ નો પ્રાથમિક ગ્રાહક છે,જ્યારે $PGA$ એ કૅલ્વિન ચક્રની પ્રથમ સ્થાયી નીપજ છે.

(A) કેલ્વિન ચક્ર,જેને $C_3$ ચક્ર તરીકે પણ ઓળખવામાં આવે છે,તે પ્રકાશસંશ્લેષણની પ્રકાશ-સ્વતંત્ર પ્રક્રિયા છે.
તેમાં $CO_2$ નું કાર્બનિક સંયોજનોમાં સ્થાપન થાય છે.
આ પ્રક્રિયા ત્રણ મુખ્ય તબક્કાઓ ધરાવે છે: કાર્બોક્સિલેશન,રિડક્શન અને પુનઃસર્જન.
રિડક્શન તબક્કા દરમિયાન,$3$-ફોસ્ફોગ્લિસેરિક એસિડ ($3$-$PGA$) નું $ATP$ અને $NADPH$ નો ઉપયોગ કરીને ગ્લિસરાલ્ડિહાઈડ-$3$-ફોસ્ફેટ $(G3P)$ માં રિડક્શન થાય છે.
આ તબક્કામાં કાર્બન સંયોજનોનું રિડક્શન થતું હોવાથી,કેલ્વિન ચક્રને સામૂહિક રીતે રિડક્ટિવ કાર્બોક્સિલેશન તરીકે ઓળખવામાં આવે છે.

(B) $RuBisCO$ (રાઇબ્યુલોઝ$-1,5-$બાયફોસ્ફેટ કાર્બોક્સિલેઝ-ઓક્સિજનેઝ) ઉત્સેચક પૃથ્વી પર સૌથી વધુ પ્રમાણમાં જોવા મળતું પ્રોટીન અને ઉત્સેચક છે.
તે પ્રકાશસંશ્લેષણના કેલ્વિન ચક્રમાં મહત્વની ભૂમિકા ભજવે છે,જ્યાં તે વાતાવરણીય $CO_2$ નું કાર્બનિક સંયોજનોમાં સ્થાપન કરવામાં મદદ કરે છે.
તે લગભગ તમામ વનસ્પતિઓમાં પ્રાથમિક જૈવભાર ઉત્પાદન માટે અનિવાર્ય હોવાથી,તે પ્રકાશસંશ્લેષી સજીવોના હરિતકણમાં પુષ્કળ પ્રમાણમાં જોવા મળે છે.

(C) કેલ્વિન ચક્રમાં,એક $CO_2$ અણુના સ્થાપન માટે $3\, ATP$ અણુઓ અને $2\, NADPH$ અણુઓની જરૂર પડે છે.
ચોક્કસ રીતે,આ પ્રક્રિયામાં ઉર્જા વપરાશના બે તબક્કાઓનો સમાવેશ થાય છે:
$1$. રિડક્શન તબક્કો: પ્રતિ $CO_2$ અણુ દીઠ $2\, ATP$ અને $2\, NADPH$ વપરાય છે.
$2$. પુનઃસર્જન તબક્કો: $RuBP$ ના પુનઃસર્જન માટે પ્રતિ $CO_2$ અણુ દીઠ $1\, ATP$ વપરાય છે.
તેથી,એક $CO_2$ અણુના સ્થાપન માટે કુલ જરૂરિયાત $3\, ATP$ અને $2\, NADPH$ છે.

(C) કેલ્વિન ચક્ર $CO_2$ ને કાર્બનિક સંયોજનોમાં સ્થાપિત કરવા માટે કાર્ય કરે છે.
કેલ્વિન ચક્રનું દરેક ચક્ર $CO_2$ ના એક અણુને ત્રણ-કાર્બન ધરાવતી શર્કરા $(G3P)$ માં સ્થાપિત કરે છે.
ગ્લુકોઝ $(C_6H_{12}O_6)$ ના એક અણુમાં $6$ કાર્બન પરમાણુઓ હોવાથી,ગ્લુકોઝનો એક અણુ બનાવવા માટે $6$ અણુ $CO_2$ ના સ્થાપન માટે આ ચક્ર $6$ વાર ફરવું પડે છે.
તેથી,$6$ ચક્રોની જરૂર પડે છે.

(C) $C_3$ વનસ્પતિઓમાં,પ્રાથમિક કાર્બન સ્થાપનનો તબક્કો કેલ્વિન ચક્ર દરમિયાન થાય છે.
આ પ્રક્રિયા દરમિયાન,$RuBisCO$ ઉત્સેચક $CO_2$ સાથે $RuBP$ $(Ribulose-1,5-bisphosphate)$ ના કાર્બોક્સિલેશનને ઉદ્દીપ્ત કરે છે.
આ પ્રક્રિયાના પરિણામે $3$-ફોસ્ફોગ્લિસેરિક એસિડ ($3$-$PGA$) ના બે અણુઓ બને છે,જે $3$-કાર્બન ધરાવતું સંયોજન છે.
$3$-$PGA$ એ $C_3$ વનસ્પતિઓમાં કેલ્વિન ચક્રની પ્રથમ સ્થાયી નીપજ છે.

(B) ઉચ્ચ વનસ્પતિઓમાં,હરિતકણ મુખ્યત્વે બે ભાગો ધરાવે છે: થાઈલેકોઈડ્સ અને આધારક (Stroma).
$1$. થાઈલેકોઈડ પટલ રંજકદ્રવ્યો (જેમ કે ક્લોરોફિલ) અને પ્રકાશ-આધારિત પ્રક્રિયા માટે જરૂરી ઉત્સેચકો ધરાવે છે.
$2$. આધારક એ થાઈલેકોઈડ્સની આસપાસ આવેલું પ્રવાહી માધ્યમ છે.
$3$. આધારકમાં કાર્બોદિતોના સંશ્લેષણ માટે જરૂરી ઉત્સેચકો આવેલા હોય છે,જેને પ્રકાશ-સ્વતંત્ર પ્રક્રિયા અથવા કેલ્વિન ચક્ર કહેવામાં આવે છે.
$4$. તેથી,આધારક પ્રકાશ-સ્વતંત્ર પ્રક્રિયા માટેના ઉત્સેચકો ધરાવે છે.

(A) પ્રકાશસંશ્લેષણની જે પ્રક્રિયાઓમાં સીધી રીતે પ્રકાશની જરૂર હોતી નથી,તેને અંધકાર પ્રક્રિયાઓ અથવા જૈવસંશ્લેષણ તબક્કો (કેલ્વિન ચક્ર) કહેવામાં આવે છે.
આ પ્રક્રિયાઓ હરિતકણના આધારક (સ્ટ્રોમા) માં થાય છે.
આધારકમાં એવા ઉત્સેચકો હાજર હોય છે જે પ્રકાશ-આધારિત પ્રક્રિયાઓની નીપજો ($ATP$ અને $NADPH$) નો ઉપયોગ કરીને $CO_2$ નું શર્કરામાં સ્થાપન કરે છે.

(C) કેલ્વિન ચક્રમાં,$CO_2$ ના એક અણુના સ્થાપન અને રિડક્શનમાં ત્રણ મુખ્ય તબક્કાઓનો સમાવેશ થાય છે: કાર્બોક્સિલેશન,રિડક્શન અને પુનઃસર્જન.
રિડક્શન તબક્કા દરમિયાન,$1,3$-બાયફોસ્ફોગ્લિસરેટનું ગ્લિસરાલ્ડિહાઈડ-$3$-ફોસ્ફેટમાં રિડક્શન કરવા માટે $2$ અણુ $ATP$ અને $2$ અણુ $NADPH$ વપરાય છે.
વધુમાં,પુનઃસર્જન તબક્કા દરમિયાન રિબ્યુલોઝ-$5$-ફોસ્ફેટને ફરીથી રિબ્યુલોઝ-$1,5$-બાયફોસ્ફેટમાં રૂપાંતરિત કરવા માટે $1$ અણુ $ATP$ ની જરૂર પડે છે.
તેથી,$CO_2$ ના એક અણુને સ્થાપિત કરવા માટે કુલ $3$ અણુ $ATP$ અને $2$ અણુ $NADPH$ ની જરૂરિયાત રહે છે.

(C) પ્રકાશસંશ્લેષણની અંધકાર પ્રક્રિયા એ ઉત્સેચકીય પ્રક્રિયાઓની શ્રેણી છે જે પ્રકાશ પ્રક્રિયા દરમિયાન ઉત્પન્ન થયેલ એસિમિલેટરી પાવર ($ATP$ અને $NADPH_2$) નો ઉપયોગ કરીને $CO_2$ નું કાર્બોહાઇડ્રેટ્સમાં રિડક્શન કરે છે.
આ પ્રક્રિયાઓને આગળ વધવા માટે સીધી પ્રકાશ ઉર્જાની જરૂર હોતી નથી,તેથી તેને 'અંધકાર પ્રક્રિયા' અથવા 'પ્રકાશ-સ્વતંત્ર પ્રક્રિયા' કહેવામાં આવે છે.
જો કે,'અંધકાર પ્રક્રિયા' શબ્દ ભ્રામક છે કારણ કે આ પ્રક્રિયાઓ પ્રકાશની હાજરીમાં પણ થઈ શકે છે,જો જરૂરી $ATP$ અને $NADPH_2$ ઉપલબ્ધ હોય.
તેથી,વિધાન કે અંધકાર પ્રક્રિયા સંપૂર્ણપણે ઉત્સેચકીય છે તે સાચું છે,પરંતુ કારણ કે તે ફક્ત પ્રકાશની ગેરહાજરીમાં જ થાય છે તે ખોટું છે.

(C) કેલ્વિન ચક્રના કાર્બોક્સિલેશન તબક્કા દરમિયાન રિબ્યુલોઝ $-1, 5-$ બાયફોસ્ફેટ $(RuBP)$ નો દરેક અણુ કાર્બન ડાયોક્સાઇડ $(CO_2)$ ના એક અણુનું સ્થાપન કરે છે,જેના પરિણામે $3-$ ફોસ્ફોગ્લિસેરિક એસિડ $(3-PGA)$ ના બે અણુઓ બને છે.
$CO_2$ ના એક અણુના સ્થાપન અને રિડક્શન માટે $ATP$ ના ત્રણ અણુઓ અને $NADPH$ ના બે અણુઓની જરૂર પડે છે (રિડક્શન તબક્કા અને $RuBP$ ના પુનઃસર્જન માટે).
તેથી,વિધાન સાચું છે,પરંતુ કારણમાં $NADPH$ ના ત્રણ અને $ATP$ ના બે અણુઓની જરૂરિયાત દર્શાવેલ છે,જે વાસ્તવિક જરૂરિયાત ($NADPH$ ના બે અને $ATP$ ના ત્રણ) કરતા ઉલટું છે. આમ,કારણ ખોટું છે.

(N/A) $ATP$ અને $NADPH$ એ પ્રકાશસંશ્લેષણની પ્રકાશ-આધારિત પ્રક્રિયાઓની મુખ્ય નીપજો છે. તેનો ઉપયોગ જૈવસંશ્લેષણીય તબક્કામાં (જેને અંધકાર પ્રક્રિયા અથવા કેલ્વિન ચક્ર તરીકે પણ ઓળખવામાં આવે છે) $CO_{2}$ અને $H_{2}O$ માંથી શર્કરાના સંશ્લેષણ માટે થાય છે.
$1$. જૈવસંશ્લેષણીય તબક્કો: આ તબક્કાને સીધી રીતે પ્રકાશની જરૂર હોતી નથી,પરંતુ તે પ્રકાશ પ્રક્રિયા દરમિયાન ઉત્પન્ન થયેલા $ATP$ અને $NADPH$ પર આધાર રાખે છે. આ અણુઓ $CO_{2}$ ને કાર્બોદિતમાં રૂપાંતરિત કરવા માટે જરૂરી ઊર્જા અને રિડક્શન શક્તિ પૂરી પાડે છે.
$2$. કેલ્વિન ચક્ર ($C_{3}$ પથ): આ પથમાં,$CO_{2}$ નું સ્થાપન $3$-કાર્બન ધરાવતા સંયોજન $3$-ફોસ્ફોગ્લિસેરિક એસિડ $(PGA)$ માં થાય છે. $PGA$ નું રિડક્શન કરીને ટ્રાયોઝ ફોસ્ફેટ બનાવવા માટે $ATP$ અને $NADPH$ વપરાય છે,જે અંતે ગ્લુકોઝમાં રૂપાંતરિત થાય છે.
$3$. $C_{4}$ પથ: $C_{4}$ પથ અનુસરતી વનસ્પતિઓમાં,$CO_{2}$ નું પ્રાથમિક સ્થાપન $4$-કાર્બન ધરાવતા એસિડ ઓક્ઝેલોએસેટિક એસિડ $(OAA)$ માં થાય છે. કેલ્વિન ચક્રની જરૂરિયાતો ઉપરાંત,આ વનસ્પતિઓમાં $CO_{2}$ ગ્રાહક અણુ $(PEP)$ ને પુનઃજીવિત કરવા માટે ખાસ કરીને $ATP$ ની જરૂર પડે છે.

(N/A) પ્રકાશ પ્રક્રિયાની નીપજો $ATP$,$NADPH$ અને $O_{2}$ છે. આમાંથી $O_{2}$ હરિતકણમાંથી બહાર નીકળી જાય છે,જ્યારે $ATP$ અને $NADPH$ નો ઉપયોગ ખોરાકના સંશ્લેષણ માટે થાય છે.
આ પ્રકાશસંશ્લેષણનો જૈવસંશ્લેષણ તબક્કો છે. આ પ્રક્રિયા સીધી રીતે પ્રકાશની હાજરી પર આધારિત નથી,પરંતુ તે પ્રકાશ પ્રક્રિયાની નીપજો એટલે કે $ATP$ અને $NADPH$ તેમજ $CO_{2}$ અને $H_{2}O$ પર આધારિત છે.
પરીક્ષણ: પ્રકાશ ઉપલબ્ધ ન થાય તે પછી તરત જ,જૈવસંશ્લેષણ પ્રક્રિયા થોડા સમય માટે ચાલુ રહે છે અને પછી અટકી જાય છે. જો ફરીથી પ્રકાશ ઉપલબ્ધ કરાવવામાં આવે,તો સંશ્લેષણ ફરી શરૂ થાય છે. તેથી કહી શકાય કે જૈવસંશ્લેષણ તબક્કો પ્રકાશ પ્રક્રિયાની નીપજ પર આધારિત છે,તેથી તેને અંધકાર પ્રક્રિયા પણ કહેવામાં આવે છે.
$C_{3}$ પ્રક્રિયાનું સંશોધન: $CO_{2}$ ને $H_{2}O$ સાથે જોડીને $(CH_{2}O)n$ અથવા શર્કરા ઉત્પન્ન કરવામાં આવે છે,જેના માટે $ATP$ અને $NADPH$ નો ઉપયોગ થાય છે.
વૈજ્ઞાનિકો માટે એ જાણવું રસપ્રદ હતું કે આ પ્રક્રિયા કેવી રીતે આગળ વધે છે અથવા જ્યારે $CO_{2}$ નું સ્થાપન થાય ત્યારે પ્રથમ નીપજ કઈ બને છે.
બીજા વિશ્વયુદ્ધ પછી,રેડિયોઆઈસોટોપ્સનો ઉપયોગ સંશોધનમાં કરવામાં આવ્યો હતો.
શોધક: મેલ્વિન કેલ્વિન દ્વારા શેવાળના પ્રકાશસંશ્લેષણના અભ્યાસમાં રેડિયોએક્ટિવ $^{14}C$ નો ઉપયોગ કરવાથી જાણવા મળ્યું કે પ્રથમ $CO_{2}$ સ્થાપન નીપજ $3$ કાર્બન ધરાવતો કાર્બનિક એસિડ હતો. તેમણે સંપૂર્ણ જૈવસંશ્લેષણ માર્ગ નક્કી કરવામાં પણ યોગદાન આપ્યું હતું,તેથી તેને કેલ્વિન ચક્ર કહેવામાં આવે છે.
પ્રથમ ઓળખાયેલ નીપજ $3$-ફોસ્ફોગ્લિસરીક એસિડ અથવા ટૂંકમાં $PGA$ હતી.
વૈજ્ઞાનિકોએ વિવિધ વનસ્પતિઓ પર પ્રયોગો કર્યા,જેનાથી વનસ્પતિઓના બીજા જૂથની શોધ થઈ જ્યાં પ્રથમ સ્થાયી નીપજ $4$ કાર્બન પરમાણુઓ ધરાવતો કાર્બનિક એસિડ હતો. આ એસિડ ઓક્સાલોએસેટિક એસિડ અથવા $OAA$ તરીકે ઓળખાયો.
ત્યારથી પ્રકાશસંશ્લેષણ દરમિયાન $CO_{2}$ ના એસિમિલેશનને બે મુખ્ય પ્રકારોમાં વર્ગીકૃત કરવામાં આવ્યું છે:
$(1)$ જે વનસ્પતિઓમાં $CO_{2}$ સ્થાપનની પ્રથમ નીપજ $C_{3}$ એસિડ છે,એટલે કે $C_{3}$ પથ.
$(2)$ જે વનસ્પતિઓમાં પ્રથમ નીપજ $C_{4}$ એસિડ $(OAA)$ છે,એટલે કે $C_{4}$ પથ.

(N/A) $C_3$ વનસ્પતિઓમાં $CO_2$ નો પ્રાથમિક ગ્રાહક $5$-કાર્બન ધરાવતી કીટોઝ શર્કરા છે,જેને રિબ્યુલોઝ $1,5$-બાયફોસ્ફેટ $(RuBP)$ તરીકે ઓળખવામાં આવે છે.
શરૂઆતમાં,વૈજ્ઞાનિકોએ એવી ધારણા કરી હતી કે કેલ્વિન ચક્રની પ્રથમ સ્થાયી નીપજ $3$-કાર્બન ધરાવતું સંયોજન ($3$-phosphoglycerate) હોવાથી,પ્રાથમિક ગ્રાહક $2$-કાર્બન ધરાવતું સંયોજન હોવું જોઈએ.
જોકે,વ્યાપક સંશોધન પછી જાણવા મળ્યું કે વાસ્તવિક ગ્રાહક $5$-કાર્બન ધરાવતું $RuBP$ અણુ છે,જે $CO_2$ સાથે પ્રક્રિયા કરીને $3$-phosphoglycerate ના બે અણુઓ બનાવે છે.

(N/A) મેલ્વિન કેલ્વિન અને તેમના સહકર્મીઓએ સમગ્ર પથની શોધ કરી અને દર્શાવ્યું કે આ પથ ચક્રીય રીતે કાર્ય કરે છે,જેમાં $RuBP$ પુનઃનિર્માણ પામે છે.
કેલ્વિન પથ તમામ પ્રકાશસંશ્લેષી વનસ્પતિઓમાં જોવા મળે છે,પછી ભલે તેઓ $C_3$ કે $C_4$ (અથવા અન્ય કોઈ) પથ ધરાવતી હોય.
કેલ્વિન ચક્રને ત્રણ તબક્કાઓમાં વર્ણવી શકાય છે: $(1)$ કાર્બોક્સિલેશન,$(2)$ રિડક્શન અને $(3)$ પુનઃનિર્માણ (Regeneration).
$(1)$ કાર્બોક્સિલેશન: કાર્બોક્સિલેશન એટલે $CO_2$ નું સ્થાયી કાર્બનિક મધ્યવર્તી સંયોજનમાં સ્થાપન. આ કેલ્વિન ચક્રનું સૌથી મહત્વનું પગલું છે જ્યાં $RuBP$ ના કાર્બોક્સિલેશન માટે $CO_2$ નો ઉપયોગ થાય છે. આ પ્રક્રિયા $RuBP$ કાર્બોક્સિલેઝ ઉત્સેચક દ્વારા ઉદ્દીપિત થાય છે,જેના પરિણામે $3-PGA$ ના બે અણુઓ બને છે. આ ઉત્સેચક ઓક્સિજનેશન પ્રવૃત્તિ પણ ધરાવતું હોવાથી,તેને $RuBP$ કાર્બોક્સિલેઝ-ઓક્સિજનેઝ અથવા $RuBisCO$ કહેવું વધુ યોગ્ય છે.
$(2)$ રિડક્શન: આ પ્રતિક્રિયાઓની શ્રેણી છે જે ગ્લુકોઝના નિર્માણ તરફ દોરી જાય છે. આ પગલાઓમાં પ્રતિ $CO_2$ અણુના સ્થાપન માટે ફોસ્ફોરાયલેશન માટે $ATP$ ના $2$ અણુઓ અને રિડક્શન માટે $NADPH$ ના $2$ અણુઓનો ઉપયોગ થાય છે.
$3-PGA + 2 ATP + 2 NADPH \rightarrow 2$ ટ્રાયોઝ ફોસ્ફેટ $(PGAL)$
માર્ગમાંથી ગ્લુકોઝનો એક અણુ મેળવવા માટે $CO_2$ ના છ અણુઓનું સ્થાપન અને ચક્રના $6$ ચક્કર જરૂરી છે.
$(3)$ પુનઃનિર્માણ: જો ચક્ર અવિરત ચાલુ રાખવું હોય તો $CO_2$ સ્વીકારનાર અણુ $RuBP$ નું પુનઃનિર્માણ નિર્ણાયક છે. પુનઃનિર્માણના પગલાઓમાં $RuBP$ બનાવવા માટે ફોસ્ફોરાયલેશન માટે એક $ATP$ ની જરૂર પડે છે.
$PGAL \xrightarrow{ATP} RuBP$
આમ,કેલ્વિન ચક્રમાં પ્રવેશતા દરેક $CO_2$ અણુ માટે,$ATP$ ના $3$ અણુઓ અને $NADPH$ ના $2$ અણુઓ જરૂરી છે. કદાચ અંધકાર પ્રક્રિયામાં વપરાતા $ATP$ અને $NADPH$ ની સંખ્યામાં આ તફાવતને પહોંચી વળવા માટે ચક્રીય ફોટોફોસ્ફોરાયલેશન થાય છે. ગ્લુકોઝનો એક અણુ બનાવવા માટે ચક્રના $6$ ચક્કર જરૂરી છે.

(A) $C_3$ ચક્ર,જેને કેલ્વિન ચક્ર તરીકે પણ ઓળખવામાં આવે છે,તેની શોધ મેલ્વિન કેલ્વિન અને તેમના સહયોગીઓએ યુનિવર્સિટી ઓફ કેલિફોર્નિયા,બર્કલે ખાતે કરી હતી.
તેમણે પ્રકાશસંશ્લેષણની પ્રક્રિયામાં કાર્બનનો માર્ગ શોધવા માટે શેવાળના પ્રકાશસંશ્લેષણ સંશોધનમાં રેડિયોએક્ટિવ આઇસોટોપ $^{14}C$ નો ઉપયોગ કર્યો હતો.
આ અગ્રણી કાર્ય માટે,મેલ્વિન કેલ્વિનને $1961$ માં રસાયણશાસ્ત્રમાં નોબેલ પુરસ્કાર આપવામાં આવ્યો હતો.

(N/A) અમેરિકન જૈવરસાયણશાસ્ત્રી મેલ્વિન કેલ્વિને રેડિયોએક્ટિવ આઇસોટોપ $C^{14}$ નો ઉપયોગ કરીને પ્રકાશસંશ્લેષણમાં કાર્બનના માર્ગ પર પાયાનું સંશોધન કર્યું હતું.
$1$. તેમણે તેમના પ્રયોગો માટે એકકોષીય લીલી લીલ $Chlorella$ અને $Scenedesmus$ નો ઉપયોગ કર્યો હતો.
$2$. કાર્બનની ગતિને ટ્રેસ કરવા માટે તેમણે પેપર ક્રોમેટોગ્રાફી અને ઓટોરેડિયોગ્રાફી તકનીકનો ઉપયોગ કર્યો હતો.
$3$. તેમણે શોધ્યું કે અંધકાર પ્રક્રિયામાં $CO_2$ ના સ્થાપન પછી બનતી પ્રથમ સ્થાયી નીપજ $3$-કાર્બન ધરાવતું સંયોજન છે,જેને $3$-ફોસ્ફોગ્લિસેરિક એસિડ ($3$-$PGA$) કહેવામાં આવે છે.
$4$. આ શોધને કારણે $C_3$ ચક્રની ઓળખ થઈ,જે હવે કેલ્વિન ચક્ર તરીકે પ્રખ્યાત છે.
$5$. પ્રકાશસંશ્લેષણની ક્રિયાવિધિને સમજવામાં તેમના મહત્વપૂર્ણ યોગદાન બદલ,તેમને $1961$ માં રસાયણશાસ્ત્રમાં નોબેલ પુરસ્કાર આપવામાં આવ્યો હતો.

(A) $RuBisCO$ નું પૂરું નામ Ribulose$-1,5-$bisphosphate carboxylase-oxygenase છે.
તે પૃથ્વી પર સૌથી વધુ પ્રમાણમાં જોવા મળતો ઉત્સેચક છે.
તે પ્રકાશસંશ્લેષણ દરમિયાન કેલ્વિન ચક્રમાં Ribulose$-1,5-$bisphosphate ના કાર્બોક્સિલેશનને ઉત્પ્રેરિત કરીને મહત્વપૂર્ણ ભૂમિકા ભજવે છે.

(A) કાર્બોક્સિલેશન એ પ્રકાશસંશ્લેષણના કેલ્વિન ચક્ર (અંધકાર પ્રક્રિયા) નો સૌથી મહત્વપૂર્ણ તબક્કો છે.
આ પ્રક્રિયા દરમિયાન,$CO_2$ નો ઉપયોગ $RuBP$ (રાઇબ્યુલોઝ$-1,5-$બાયફોસ્ફેટ) ના કાર્બોક્સિલેશન માટે થાય છે.
આ પ્રક્રિયા $RuBisCO$ (રાઇબ્યુલોઝ$-1,5-$બાયફોસ્ફેટ કાર્બોક્સિલેઝ-ઓક્સિજનેઝ) ઉત્સેચક દ્વારા ઉદ્દીપિત થાય છે,જેના પરિણામે $3-PGA$ ($3$-ફોસ્ફોગ્લિસેરિક એસિડ) ના બે અણુઓ બને છે.
આ તે પ્રાથમિક તબક્કો છે જેમાં વાતાવરણીય કાર્બનનું કાર્બનિક સંયોજનોમાં સ્થાપન થાય છે.

(A) કેલ્વિન ચક્ર ત્રણ મુખ્ય તબક્કાઓ ધરાવે છે: કાર્બોક્સિલેશન,રિડક્શન અને પુનઃસર્જન (Regeneration).
$1$. કાર્બોક્સિલેશન: $CO_2$ નું $RuBP$ સાથે જોડાણ થઈને $3-PGA$ બને છે.
$2$. રિડક્શન: આ તબક્કામાં $3-PGA$ ના દરેક અણુના રિડક્શન માટે $2$ અણુ $ATP$ (ફોસ્ફોરાયલેશન માટે) અને $2$ અણુ $NADPH$ નો ઉપયોગ થાય છે. આ પ્રક્રિયા $3-phosphoglycerate$ $(3-PGA)$ ને $glyceraldehyde-3-phosphate$ ($G3P$ અથવા $triose$ $phosphate$) માં રૂપાંતરિત કરે છે.
$3$. પુનઃસર્જન: ચક્ર ચાલુ રાખવા માટે $RuBP$ નું પુનઃસર્જન થાય છે.
તેથી,રિડક્શનના તબક્કામાં $3-PGA$ નું $G3P$ માં રૂપાંતર થાય છે.

(C) કેલ્વિન ચક્રમાં,$CO_2$ નું સતત સ્થાપન સુનિશ્ચિત કરવા માટે પુનઃસર્જનનો તબક્કો અનિવાર્ય છે.
આ તબક્કા દરમિયાન,$3$-કાર્બન ધરાવતા શર્કરાના અણુઓ (G3P) નું રૂપાંતર ફરીથી રિબ્યુલોઝ-$1,5$-બાયફોસ્ફેટ $(RuBP)$ માં થાય છે,જે $CO_2$ નો પ્રાથમિક ગ્રાહક છે.
જો $RuBP$ નું પુનઃસર્જન ન થાય,તો ચક્ર અટકી જશે કારણ કે આવતા $CO_2$ ના અણુઓને સ્વીકારવા માટે કોઈ અણુ ઉપલબ્ધ રહેશે નહીં,જેનાથી પ્રકાશસંશ્લેષણની સમગ્ર પ્રક્રિયા અટકી જશે.

(N/A) $RuBisCO$ એ વિશ્વમાં સૌથી વધુ પ્રમાણમાં જોવા મળતો ઉત્સેચક છે.
- લાક્ષણિકતા: તે એ હકીકત દ્વારા લાક્ષણિક છે કે તેનું સક્રિય સ્થાન $CO_{2}$ અને $O_{2}$ બંને સાથે જોડાઈ શકે છે - તેથી તેનું નામ (Ribulose bisphosphate carboxylase-oxygenase) પડ્યું છે.
- વિશેષતા: $RuBisCO$ ની $O_{2}$ કરતા $CO_{2}$ માટે ઘણી વધારે આત્મીયતા (affinity) હોય છે.
- કાર્યપદ્ધતિ: $O_{2}$ અને $CO_{2}$ ની સાપેક્ષ સાંદ્રતા નક્કી કરે છે કે આ બંનેમાંથી કયો વાયુ ઉત્સેચક સાથે જોડાશે.
- અસર: $C_{3}$ વનસ્પતિઓમાં,અમુક $O_{2}$ એ $CO_{2}$ ને બદલે $RuBisCO$ સાથે જોડાય છે,જેના કારણે પ્રકાશશ્વસન (photorespiration) થાય છે,જે $CO_{2}$ ના સ્થાપનની કાર્યક્ષમતા ઘટાડે છે.

(N/A) $(1)$ $RuBisCO$: રિબ્યુલોઝ-$1,5$-બાયફોસ્ફેટ કાર્બોક્સિલેઝ-ઓક્સિજનેઝ.
$(2)$ $KOH$: પોટેશિયમ હાઇડ્રોક્સાઇડ.