Ciclo de Calvin: definición y función en la fotosíntesis (fijación del carbono)
Descubre el Ciclo de Calvin: definición, etapas y su papel esencial en la fijación del carbono durante la fotosíntesis. Explicación clara y ejemplos.
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.
El ciclo Calvin.
Contexto
Utilizando el isótopo radiactivo del carbono 14 como trazador, Calvin, Andrew Benson y su equipo trazaron la ruta completa que recorre el carbono en una planta durante la fotosíntesis. Rastrearon el carbono-14 desde la absorción del dióxido de carbono atmosférico hasta su conversión en carbohidratos y otros compuestos orgánicos. Se utilizó el alga unicelular Chlorulla para rastrear el carbono-14.El grupo Calvin demostró que la luz solar actúa sobre la clorofila de la planta para alimentar la fabricación de compuestos orgánicos, y no directamente sobre el dióxido de carbono, como se creía anteriormente.
Pasos
Las etapas del ciclo son las siguientes:
1. Agarra: Un captador de carbono de cinco carbonos llamado RuBP (Ribulose bisphosphate) atrapa una molécula de dióxido de carbono y forma una molécula de seis carbonos.
2. División: la enzima RuBisCO (con la energía de las moléculas de ATP y NADPH) rompe la molécula de seis carbonos en dos partes iguales.
3. Dejar: Un trío de carbonos sale y se convierte en azúcar. El otro trío pasa al siguiente paso.
4. Cambio: Mediante el ATP y el NADPH, la molécula de tres carbonos se transforma en una molécula de cinco carbonos.
5. El ciclo vuelve a empezar.
El producto
Los productos de los carbohidratos del ciclo de Calvin son moléculas de fosfato de azúcar de tres carbonos, o "fosfatos de glucosa" (G3P). Cada paso del ciclo tiene su propia enzima que acelera la reacción.
Preguntas y respuestas
P: ¿Qué es el ciclo Calvin?
R: El ciclo de Calvin es una serie de reacciones químicas que se producen en los cloroplastos durante la fotosíntesis.
P: ¿El ciclo de Calvin depende o no de la luz?
R: El ciclo de Calvin es independiente de la luz porque se produce después de que se haya captado la energía de la luz solar.
P: ¿Quién es Melvin C. Calvin?
R: Melvin C. Calvin fue un químico que descubrió el ciclo de Calvin y ganó el Premio Nobel de Química en 1961 por su trabajo.
P: ¿Dónde realizaron Calvin y sus colegas sus investigaciones sobre el ciclo de Calvin?
R: Calvin y sus colegas, Andrew Benson y James Bassham, realizaron sus trabajos sobre el ciclo de Calvin en la Universidad de California, Berkeley.
P: ¿Cuándo se descubrió el ciclo de Calvin?
R: El ciclo de Calvin fue descubierto en 1961 por Melvin C. Calvin y sus colegas.
P: ¿Qué importancia tiene el ciclo de Calvin en la fotosíntesis?
R: El ciclo de Calvin desempeña un papel crucial en la fotosíntesis al convertir el dióxido de carbono en glucosa, que es la principal fuente de energía de las plantas.
P: ¿Qué otro nombre recibe el ciclo de Calvin?
R: El ciclo de Calvin también se conoce como ciclo de Benson-Calvin.
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