Bioquímica

Ciclo de Calvin Benson: o que é, como ocorre, função – Resumo

Ciclo de Calvin Benson: o que é, como ocorre, função – Resumo
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Depois que a energia do sol é convertida e empacotada em ATP e NADPH, a célula tem o combustível necessário para construir alimentos na forma de moléculas de carboidratos. As moléculas de carboidratos produzidas terão uma espinha dorsal de átomos de carbono. De onde vem o carbono? Os átomos de carbono usados ​​para construir moléculas de carboidratos vêm do dióxido de carbono, o gás que os animais exalam a cada respiração.

ciclo de Calvin é o termo usado para as reações da fotossíntese que usam a energia armazenada pelas reações dependentes de luz para formar glicose e outras moléculas de carboidratos.

Como ocorre o Ciclo de Calvin

Nas plantas, o dióxido de carbono (CO 2 ) entra no cloroplasto através dos estômatos e se difunde no estroma do cloroplasto – o local das reações do ciclo de Calvin, onde o açúcar é sintetizado. As reações são nomeadas em homenagem ao cientista que as descobriu, e referenciam o fato de que as reações funcionam como um ciclo. Outros o chamam de ciclo de Calvin-Benson para incluir o nome de outro cientista envolvido em sua descoberta ( Figura ).

Esta ilustração mostra que o ATP e o NADPH produzidos nas reações de luz são usados ​​no ciclo de Calvin para produzir açúcar.
Reações dependentes de luz aproveitam a energia do sol para produzir ATP e NADPH. Essas moléculas transportadoras de energia viajam para o estroma onde ocorrem as reações do ciclo de Calvin.

As reações do ciclo de Calvin ( Figura ) podem ser organizadas em três estágios básicos: fixação, redução e regeneração. No estroma, além do CO 2 , duas outras substâncias químicas estão presentes para iniciar o ciclo de Calvin: uma enzima abreviada RuBisCO e a molécula ribulose bisfosfato (RuBP). RuBP tem cinco átomos de carbono e um grupo fosfato em cada extremidade.

RuBisCO catalisa uma reação entre CO 2 e RuBP, que forma um composto de seis carbonos que é imediatamente convertido em dois compostos de três carbonos. Esse processo é chamado de fixação de carbono , porque o CO 2 é “fixado” de sua forma inorgânica em moléculas orgânicas.

ATP e NADPH usam sua energia armazenada para converter o composto de três carbonos, 3-PGA, em outro composto de três carbonos chamado G3P. Esse tipo de reação é chamado de reação de redução, porque envolve o ganho de elétrons. Uma redução é o ganho de um elétron por um átomo ou molécula.

As moléculas de ADP e NAD + , resultantes da reação de redução, retornam às reações dependentes de luz para serem re-energizadas.

Uma das moléculas de G3P deixa o ciclo de Calvin para contribuir para a formação da molécula de carboidrato, que é comumente glicose (C 6 H 12 O 6 ). Como a molécula de carboidrato tem seis átomos de carbono, são necessárias seis voltas do ciclo de Calvin para formar uma molécula de carboidrato (uma para cada molécula de dióxido de carbono fixada). As moléculas restantes do G3P ​​regeneram o RuBP, o que permite que o sistema se prepare para a etapa de fixação de carbono. O ATP também é usado na regeneração do RuBP.

Esta ilustração mostra um ciclo circular com três etapas. Três moléculas de dióxido de carbono entram no ciclo. No primeiro estágio, a enzima RuBisCO incorpora o dióxido de carbono em uma molécula orgânica. Seis moléculas de ATP são convertidas em seis moléculas de ADP. No segundo estágio, a molécula orgânica é reduzida. Seis moléculas de NADPH são convertidas em seis íons NADP + e um íon de hidrogênio. Açúcar é produzido. No estágio três, o RuBP é regenerado e três moléculas de ATP são convertidas em três moléculas de ADP. RuBP então inicia o ciclo novamente.
O ciclo de Calvin tem três etapas. No estágio 1, a enzima RuBisCO incorpora dióxido de carbono em uma molécula orgânica. No estágio 2, a molécula orgânica é reduzida. No estágio 3, o RuBP, a molécula que inicia o ciclo, é regenerado para que o ciclo possa continuar.

Em resumo, são necessárias seis voltas do ciclo de Calvin para fixar seis átomos de carbono do CO 2 . Estas seis voltas requerem entrada de energia de 12 moléculas de ATP e 12 moléculas de NADPH no passo de redução e 6 moléculas de ATP no passo de regeneração.

EVOLUÇÃO EM AÇÃO

FotossínteseA história evolutiva compartilhada de todos os organismos fotossintéticos é notável, pois o processo básico mudou pouco ao longo do tempo. Mesmo entre as gigantescas folhas tropicais na floresta tropical e as minúsculas cianobactérias, o processo e os componentes da fotossíntese que usam a água como doador de elétrons permanecem praticamente os mesmos.

Os fotossistemas funcionam para absorver a luz e usam cadeias de transporte de elétrons para converter energia. As reações do ciclo de Calvin montam moléculas de carboidratos com essa energia.

No entanto, como em todas as vias bioquímicas, uma variedade de condições leva a adaptações variadas que afetam o padrão básico. A fotossíntese em plantas de clima seco ( Figura ) evoluiu com adaptações que conservam a água.

No calor seco, cada gota de água e energia preciosa deve ser usada para sobreviver. Duas adaptações evoluíram em tais plantas. Em uma forma, um uso mais eficiente do CO 2 permite que as plantas fotossintetizem mesmo quando o CO 2está em falta, como quando os estômatos estão fechados em dias quentes.

A outra adaptação realiza reações preliminares do ciclo de Calvin à noite, porque a abertura dos estômatos neste momento conserva a água devido a temperaturas mais baixas. Além disso, essa adaptação permitiu que as plantas realizassem baixos níveis de fotossíntese sem abrir estômatos, um mecanismo extremo para enfrentar períodos extremamente secos.

Esta foto mostra um cacto.
Viver nas duras condições do deserto levou plantas como este cacto a evoluir variações nas reações fora do ciclo de Calvin. Essas variações aumentam a eficiência e ajudam a economizar água e energia. (crédito: Piotr Wojtkowski)

Fotossíntese em procariontes

As duas partes da fotossíntese – as reações dependentes da luz e o ciclo de Calvin – foram descritas, como ocorrem nos cloroplastos. No entanto, os procariontes, como as cianobactérias, não possuem organelas ligadas à membrana.

Os organismos autotróficos fotossintéticos procarióticos possuem um enrolamento da membrana plasmática para fixação de clorofila e fotossíntese ( Figura ). É aqui que organismos como as cianobactérias podem realizar a fotossíntese.

Esta ilustração mostra uma fita verde, representando uma membrana dobrada, com muitas dobras empilhadas em cima de outra, como uma corda ou uma mangueira. A foto mostra uma micrografia eletrônica de uma membrana tilacóide clivada com dobras semelhantes de um organismo unicelular
Um procariota fotossintético possui regiões de membrana plasmática que funcionam como tilacóides. Embora estes não estejam contidos em uma organela, como um cloroplasto, todos os componentes necessários estão presentes para realizar a fotossíntese. (crédito: dados da barra de escala de Matt Russell).
Veja também:

O ciclo da energia

As coisas vivas acessam a energia quebrando as moléculas de carboidratos. No entanto, se as plantas produzem moléculas de carboidratos, por que precisariam quebrá-las? Os carboidratos são moléculas de armazenamento de energia em todos os seres vivos.

Embora a energia possa ser armazenada em moléculas como o ATP, os carboidratos são reservatórios muito mais estáveis ​​e eficientes para a energia química. Os organismos fotossintéticos também realizam as reações de respiração para coletar a energia armazenada nos carboidratos, por exemplo, as plantas possuem mitocôndrias além dos cloroplastos.

Você deve ter notado que a reação geral da fotossíntese:

6CO2+6H2OC6H12O6+6O26CO2+6H2O→C6H12O6+6O2

é o contrário da reação geral da respiração celular:

6O2+C6H12O66CO2+6H2O6O2+C6H12O6→6CO2+6H2O

A fotossíntese produz oxigênio como um subproduto, e a respiração produz dióxido de carbono como um subproduto.

Na natureza, não existe desperdício. Cada átomo de matéria é conservado, reciclando indefinidamente. Substâncias mudam de forma ou se movem de um tipo de molécula para outro, mas nunca desaparecem ( Figura ).

O CO 2 não é mais uma forma de resíduo produzido pela respiração do que o oxigênio é um produto residual da fotossíntese. Ambos são subprodutos de reações que se movem para outras reações. A fotossíntese absorve energia para produzir carboidratos nos cloroplastos e a respiração celular aeróbica libera energia usando oxigênio para decompor os carboidratos.

Ambas as organelas usam cadeias de transporte de elétrons para gerar a energia necessária para impulsionar outras reações. A fotossíntese e a respiração celular funcionam em um ciclo biológico, permitindo que os organismos acessem a energia que sustenta a vida e se origina a milhões de quilômetros de distância em uma estrela.

Esta fotografia mostra um girafa que come as folhas de uma árvore. Os rótulos indicam que a girafa consome oxigênio e libera dióxido de carbono, enquanto a árvore consome dióxido de carbono e libera oxigênio.
No ciclo do carbono, as reações da fotossíntese e da respiração celular compartilham reagentes e produtos recíprocos. (crédito: modificação do trabalho de Stuart Bassil)

Resumo da seção

Usando os vectores de energia formadas na primeira fase da fotossíntese, as reacções do ciclo de Calvin fixar CO 2 a partir do ambiente para construir moléculas de hidratos de carbono. Uma enzima, RuBisCO, catalisa a reação de fixação, combinando CO 2com RuBP.

O composto de seis carbonos resultante é decomposto em dois compostos de três carbonos, e a energia em ATP e NADPH é usada para converter essas moléculas em G3P. Uma das moléculas de três carbonos do G3P ​​deixa o ciclo para se tornar parte de uma molécula de carboidrato.

As moléculas restantes de G3P permanecem no ciclo a ser formado de volta em RuBP, que está pronto para reagir com mais CO 2. A fotossíntese forma um ciclo energético equilibrado com o processo de respiração celular. As plantas são capazes tanto de fotossíntese quanto de respiração celular, já que contêm cloroplastos e mitocôndrias.

Glossário

Ciclo de Calvin
as reações da fotossíntese que usam a energia armazenada pelas reações dependentes de luz para formar glicose e outras moléculas de carboidrato
fixação de carbono
o processo de converter gás de CO 2 inorgânico em compostos orgânicos
Referências
https://www.researchgate.net/publication/275225052_Benson-Bassham-Calvin_cycle_contribution_to_the_organic_life_on_our_planet

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