Qué es el Ciclo de Calvin

El ciclo de Calvin esta presente en todos los organismos vivos de la Tierra que tienen carbono presente en sus sistemas. El carbono es un componente esencial que compone las moléculas complejas de varios organismos, incluidos los humanos. La presencia de carbono en los organismos vivos los distingue de los elementos inorgánicos cuyos compuestos carecen de dicho elemento. Sin carbono, las biomoléculas como los carbohidratos nunca estarían completas. Los carbohidratos son esenciales porque sirven como la energía necesaria para alimentar las células de nuestro cuerpo.

Además, este elemento es esencial porque está incorporado en el dióxido de carbono, un gas que las plantas necesitan para continuar con sus procesos de vida. Los animales exhalan esto con cada una de sus respiraciones. De hecho, esta transferencia de carbono a través del dióxido de carbono entre animales y plantas distribuye el carbono a través de la atmósfera. Al saber esto, ya debería estar preguntándose cómo se forma el carbono. Todo se reduce al Ciclo de Calvin, la segunda etapa de la fotosíntesis. En este artículo, vamos a conocer el Ciclo de Calvin, los procesos involucrados en este ciclo, y los productos que se forman.

ciclo de calvinEl Ciclo de Calvin, también conocido como el Ciclo de Calvin-Benson, se refiere al conjunto de reacciones redox independientes de la luz que tienen lugar en los cloroplastos durante la fotosíntesis y la fijación de carbono que convertiría el dióxido de carbono en glucosa azucarada. Además, el ciclo también se refiere a las reacciones involucradas en la fotosíntesis que utilizan la energía almacenada por las reacciones dependientes de la luz para formar glucosa y otras moléculas de carbohidratos. Estas reacciones tienen lugar en el estroma del cloroplasto, una región llena de líquido que se encuentra entre la membrana interna del cloroplasto y la membrana tirokoide.

Hay otros nombres para el Ciclo Calvin. También se le conoce como las reacciones oscuras, ciclo C3, o el ciclo de fosfato pentoso reductor. Además, también es conocido como el Ciclo Calvin-Benson-Bassham (CBB), una atribución a sus descubridores: Melvin Calvin, James Bassham y Andrew Benson.

Calvin, Bassham y Benson descubrieron el ciclo en 1960 en la Universidad de California, Berkeley. Utilizaron el carbono-14 radioactivo para trazar el camino de los átomos de carbono en la fijación del carbono. Pudieron rastrear el carbono-14 desde la absorción de su dióxido de carbono atmosférico hasta su conversión en compuestos orgánicos como los carbohidratos.

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El grupo de Calvin exhibió resultados que mostraban que la luz solar actúa sobre la clorofila en una planta para alimentar la producción de compuestos orgánicos, no directamente sobre el dióxido de carbono como se creía anteriormente. Gracias a este descubrimiento, Melvin Calvin ganó el Premio Nobel de Química en 1961.

Pasos del Ciclo de Calvin

Antes de identificar los diferentes procesos involucrados en el Ciclo de Calvino, sería esencial identificar las etapas de la fotosíntesis de las que forma parte el ciclo. La fotosíntesis se define como el proceso por el cual las plantas y otros organismos convierten la energía de la luz en energía química que podría ser utilizada para producir energía para las actividades de las plantas. Consta de dos fases: la fase de reacción clara y la fase de reacción oscura.

Bajo la primera etapa, las reacciones químicas usarían la energía de la luz para producir NADPH y ATP.

La segunda etapa es la fase de reacción oscura, donde el agua y el dióxido de carbono se convierten en moléculas orgánicas. La segunda etapa es cuando entra en juego el ciclo de Calvino.

Las reacciones del ciclo de Calvino se pueden dividir en tres etapas primarias: la etapa de fijación de carbono, la etapa de reducción y la regeneración de la molécula inicial. Aunque el ciclo se llama la fase de reacción oscura, la reacción antes mencionada no ocurre realmente en la oscuridad. Por el contrario, requieren la reducción del PNAD que viene de la primera etapa.

1. Fijación de carbono

La primera etapa del ciclo consiste en incorporar el carbono del dióxido de carbono a una molécula orgánica. Bajo fijación de carbono, una molécula de dióxido de carbono se combinaría con ribulosa-1,5-bisfosfato (RuBP), una molécula aceptadora de cinco carbono.

Dicho dióxido de carbono entraría en la capa mesófila de las hojas a través de los estomas. Una enzima llamada RuBP carboxilasa/oxigenasa o rubisco catalizaría la fijación de dióxido de carbono a la RuBP. Este proceso formaría un compuesto de seis carbonos.

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Pero debido a que dicho compuesto es inestable, rápidamente se dividiría en dos moléculas de un compuesto de tres carbonos que se llama como el ácido 3-fosfoglicérico o 3-PGA. Por lo tanto, por cada dióxido de carbono que entraría en el ciclo, se forman dos moléculas de 3-PGA.

2. Reducción

La etapa de reducción o segunda etapa del ciclo de Calvino requiere ATP y NADPH. Estos compuestos se utilizan para convertir las moléculas 3-PGA (que se tomaron de la etapa de fijación de carbono) en un azúcar de tres carbono conocido como gliceraldehído-3-fosfato o G3P.

El proceso tiene lugar en dos etapas principales. En el primer paso, cada molécula de 3-PGA recibiría un grupo de fosfato de ATP, convirtiéndose en un 1,3-bisfosfoglicerato, una molécula doble fosforilada. Esto dejaría a ADP como subproducto. En el segundo paso, las moléculas de 1,3-bifosfoglicerato se reducen al ganar electrones. Cada una de las moléculas recibiría dos electrones de NADPH y pierde uno de sus grupos de fosfato. A continuación se produce el gliceraldehído 3-fosfato o G3P, un azúcar de tres carbonos.

El segundo paso de la etapa de reducción produce fosfato y NADP+ como subproductos. Cabe señalar que la etapa de reducción recibió su nombre porque NADPH dona o reduce los electrones a un intermediario de tres carbono con el fin de hacer G3P.

3. Regeneración

En la etapa de regeneración, algunas moléculas de G3P producirían glucosa mientras que otras serían recicladas para regenerar el aceptador RuBP. Esta etapa requeriría ATP e implicaría un complejo conjunto de reacciones.

Tres moléculas de dióxido de carbono deben entrar en el ciclo para que un G3P abandone el ciclo y se dirija hacia la síntesis de glucosa, y proporcione tres nuevos átomos de carbono fijo. Se producirán seis moléculas G3P cuando tres moléculas de dióxido de carbono entren en el ciclo. Uno dejaría el ciclo para ser usado para producir glucosa mientras que el resto sería reciclado para regenerar tres moléculas del aceptador RuBP.

Productos del Ciclo Calvin

Generalmente, los productos de carbohidratos del ciclo de Calvin son las tres moléculas de fosfato de azúcar de carbono o los fosfatos de triosa (G3P). Los productos formados después de una sola vuelta del ciclo de Calvin son 3 ADP, 2 moléculas de gliceraldehído-3-fosfato (G3P) y 2 NADP+.

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Cabe señalar, sin embargo, que el NADP+ y el ADP no son realmente productos técnicos, sino que se regeneran y se vuelven a utilizar posteriormente durante las reacciones dependientes de la luz. Cada una de las moléculas G3P consta de tres carbonos. Para que el ciclo continúe, el RuBP o el ribulosa 1,5-bifosfato debe ser regenerado. Por lo tanto, cinco de los seis carbonos de las dos moléculas G3P se utilizan. De esto, sólo un carbono neto producido jugaría con cada turno.

Para crear un exceso de G3P, se necesitan tres carbones, lo que permite tres vueltas del ciclo de Calvin. Se requieren seis vueltas del ciclo para producir una molécula de glucosa que podría crearse a partir de dos moléculas G3P. El excedente de G3P también podría utilizarse para formar otros carbohidratos como celulosa, sacarosa y almidón, dependiendo de lo que la planta necesite.

Conclusión

Para sumar los procesos y los productos del ciclo de Calvino, la ecuación química global de la fase es la siguiente:

3 CO2 + 6 NADPH + 5 H2O + 9 ATP → G3P + 2 H+ + 6 NADP+ + 9 ADP + 8 Pi

(Pi significa fosfato inorgánico)

Se necesitan seis ciclos para obtener una molécula de glucosa. Como se mencionó anteriormente, el excedente de G3P que se produce por las reacciones podría ser utilizado para formar otros carbohidratos dependiendo de las necesidades de las plantas.

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