El ciclo de Calvin (también conocido como ciclo de Benson-Calvin) es el conjunto de reacciones químicas que tienen lugar en los cloroplastos durante la fotosíntesis.

El ciclo es independiente de la luz porque tiene lugar después de que se haya captado la energía de la luz solar.

El ciclo de Calvin debe su nombre a Melvin C. Calvin, que ganó el Premio Nobel de Química por su descubrimiento en 1961. Calvin y sus colegas, Andrew Benson y James Bassham, realizaron el trabajo en la Universidad de California, Berkeley.



¿Dónde y por qué es importante?

El ciclo de Calvin ocurre en el estroma de los cloroplastos. Su función principal es la fijación del carbono: transformar el dióxido de carbono (CO2) atmosférico en compuestos orgánicos (azúcares y precursores) que la planta puede usar como fuente de energía y para construir biomasa. Estas reacciones consumen la energía química (ATP) y poder reductor (NADPH) generados en las reacciones dependientes de la luz.

Fases principales del ciclo

El ciclo se divide en tres etapas principales:

  • Carboxilación: la ribulosa-1,5-bisfosfato (RuBP, un compuesto de 5 carbonos) se combina con CO2 para formar dos moléculas de 3-fosfoglicerato (3-PGA). Esta reacción es catalizada por la enzima RuBisCO, la más abundante en la biosfera.
  • Reducción: el 3-PGA se reduce a gliceraldehído-3-fosfato (G3P) usando ATP y NADPH procedentes de las reacciones luminosas. Parte del G3P se usa como producto orgánico (precursores de azúcares, almidón, lípidos y aminoácidos).
  • Regeneración: el resto del G3P se emplea para regenerar la RuBP, permitiendo que el ciclo continúe; esta fase también consume ATP.

Balance energético y rendimientos

Para generar una molécula neta de G3P (de tres carbonos) que salga del ciclo se necesitan, en términos generales, 3 CO2, 9 ATP y 6 NADPH. Para sintetizar una molécula de glucosa (6 carbonos) hacen falta 6 CO2, 18 ATP y 12 NADPH. Estos valores son aproximados y representan el coste energético del proceso de fijación del carbono en plantas C3 en condiciones típicas.

RuBisCO y limitaciones

La enzima RuBisCO cataliza la reacción inicial de fijación de CO2, pero tiene dos actividades: carboxilasa (fija CO2) y oxigenasa (reacciona con O2). Cuando actúa como oxigenasa se produce la fotorespiración, un proceso que reduce la eficiencia fotosintética porque consume energía y libera CO2. Para contrarrestar esto, algunas plantas han desarrollado adaptaciones como los mecanismos C4 y CAM, que concentran CO2 en el sitio de RuBisCO y reducen la fotorespiración.

Destino de los productos

El G3P formado puede:

  • exportarse y convertirse en sacarosa para transporte a otras partes de la planta,
  • ser almacenado como almidón en cloroplastos o en órganos de reserva,
  • servir como precursor para la síntesis de aminoácidos, lípidos y otros compuestos celulares.

Regulación

El ciclo se regula tanto por la disponibilidad de ATP y NADPH (conectado a la luz) como por factores enzimáticos y condiciones del estroma (pH, concentración de Mg2+, regulación redox mediada por ferredoxina y la proteína thioredoxina). De este modo, la actividad del ciclo está acoplada a las reacciones luminosas y a las necesidades metabólicas de la planta.

Importancia ecológica y biogeográfica

La fijación de carbono mediante el ciclo de Calvin es la base de la producción primaria en la mayoría de los ecosistemas terrestres y muchos acuáticos. Es fundamental para el ciclo global del carbono y, por tanto, para la regulación del clima y el suministro de alimentos y biomasa para otros organismos.

En resumen, el ciclo de Calvin es el proceso central por el cual las plantas y otras fotosintetizantes convierten CO2 inorgánico en carbono orgánico utilizable, apoyado por la energía captada por la luz y por mecanismos enzimáticos que equilibran eficiencia y adaptación a distintos ambientes.