Ciclo de Calvin

Definición de Ciclo de Calvin

El ciclo de Calvin es el ciclo de reacciones químicas realizado por las plantas para “fijar” carbono de CO2 en azúcares de tres carbonos.

Más tarde, las plantas y los animales pueden convertir estos compuestos de tres carbonos en aminoácidos, nucleótidos y azúcares más complejos, como almidones.

Este proceso de” fijación de carbono ” es la forma en que se crea la mayor parte de la nueva materia orgánica. Los azúcares creados en el ciclo de Calvin también son utilizados por las plantas para el almacenamiento de energía a largo plazo, a diferencia del ATP, que se consume rápidamente después de su creación.

Estos azúcares vegetales también pueden convertirse en una fuente de energía para los animales que comen las plantas y los depredadores que comen esos herbívoros.

El ciclo de Calvin también se conoce a veces como las reacciones” independientes de la luz ” de la fotosíntesis, ya que no está alimentado directamente por fotones del Sol. En cambio, el ciclo de Calvin es alimentado por ATP y NADPH, que se crean aprovechando la energía de los fotones en las reacciones dependientes de la luz.

Función del Ciclo de Calvin

La función del ciclo de Calvin es crear azúcares de tres carbonos, que luego se pueden usar para construir otros azúcares, como glucosa, almidón y celulosa, que las plantas utilizan como material de construcción estructural. El ciclo de Calvin toma moléculas de carbono directamente del aire y las convierte en materia vegetal.

Esto hace que el ciclo de Calvin sea vital para la existencia de la mayoría de los ecosistemas, donde las plantas forman la base de la pirámide de energía. Sin el ciclo de Calvin, las plantas no podrían almacenar energía en una forma que los herbívoros pudieran digerir. ¡Los carnívoros posteriormente no tendrían acceso a la energía almacenada en los cuerpos de los herbívoros!

Las espinas dorsales de carbono creadas en el ciclo de Calvin también son utilizadas por plantas y animales para fabricar proteínas, ácidos nucleicos, lípidos y todos los demás componentes de la vida.

El ciclo de Calvin también regula los niveles de dióxido de carbono, un gas de efecto invernadero, en la atmósfera de la Tierra. Los científicos han expresado su preocupación porque, además de devolver grandes cantidades de CO2 al aire quemando carbón, petróleo y gasolina, los seres humanos también han talado aproximadamente la mitad de todos los bosques de la Tierra, que desempeñan un papel importante en la eliminación de CO2 del aire.

A continuación explicaremos cómo el ciclo de Calvin crea azúcares simples a partir del CO2.

Pasos del ciclo de Calvin

Fijación de carbono

En la fijación de carbono, una molécula de CO2 de la atmósfera se combina con una molécula aceptora de cinco carbonos llamada ribulosa-1,5-bisfosfato (RuBP).

El compuesto de seis carbonos resultante se divide en dos moléculas del compuesto de tres carbonos, ácido 3-fosfoglicérico (3-PGA).

Esta reacción es catalizada por la enzima RuBP carboxilasa / oxigenasa, también conocida como RuBisCO. Debido al papel clave que desempeña en la fotosíntesis, RuBisCo es probablemente la enzima más abundante en la Tierra.

Reducción

En la segunda etapa del ciclo de Calvin, las moléculas de 3-PGA creadas a través de la fijación de carbono se convierten en moléculas de un fosfato de azúcar – gliceraldehído-3 simple (G3P).

Esta etapa utiliza energía de ATP y NADPH creada en las reacciones dependientes de la luz de la fotosíntesis. De esta manera, el ciclo de Calvin se convierte en la forma en que las plantas convierten la energía de la luz solar en moléculas de almacenamiento a largo plazo, como los azúcares. La energía del ATP y NADPH se transfiere a los azúcares.

Este paso se llama “reducción” porque NADPH dona electrones a las moléculas de ácido 3-fosfoglicérico para crear fosfato de gliceraldehído-3. En química, el proceso de donar electrones se llama “reducción”, mientras que el proceso de tomar electrones se llama “oxidación”.”

Regeneración

Algunas moléculas de fosfato de gliceraldehído – 3 van a producir glucosa, mientras que otras deben reciclarse para regenerar el compuesto RuBP de cinco carbonos que se utiliza para aceptar nuevas moléculas de carbono.

El proceso de regeneración requiere ATP. Es un proceso complejo que implica muchos pasos.

Debido a que se necesitan seis moléculas de carbono para producir glucosa, este ciclo debe repetirse seis veces para producir una sola molécula de glucosa.

Para lograr esta ecuación, cinco de cada seis moléculas de fosfato de gliceraldehído-3 que se crean a través del ciclo de Calvin se regeneran para formar moléculas RuBP. El sexto sale del ciclo para convertirse en la mitad de una molécula de glucosa.

Diagrama de ciclo de Calvin

Diagrama de ciclo de Calvin simplificado

Productos de ciclo de Calvin

Cada vuelta del ciclo de Calvin “fija” una molécula de carbono que se puede usar para hacer azúcar.

Se necesitan tres vueltas del ciclo de Calvin para crear una molécula de fosfato de gliceraldehído-3.

Después de seis vueltas del ciclo de Calvin, se pueden combinar dos moléculas de fosfato de gliceraldehído-3 para formar una molécula de glucosa.

Cada vuelta del ciclo de Calvin también utiliza hasta 3 ATP y 2 NADPH en los procesos de reducción (adición de electrones a) ácido 3-fosfoglicérico para producir gliceraldehído-3 fosfato, y regenerar RuBP para que puedan aceptar un nuevo átomo de carbono del CO2 del aire.

Esto significa que para producir una sola molécula de glucosa, se consumen 18 ATP y 12 NADPH.

  • Cloroplasto-El orgánulo en células vegetales donde la energía de la luz solar se convierte en ATP y azúcar.
  • Pirámide de energía-Un diagrama que ilustra el flujo de energía a través de un ecosistema.
  • Fotosíntesis: El proceso por el cual los seres vivos capturan energía de la luz solar y la usan para fabricar combustible y materiales orgánicos para construir sus células.

Cuestionario

1. ¿Por qué es importante el ciclo de Calvin para la mayoría de los ecosistemas?A. Convierte el dióxido de carbono del aire en carbono que los seres vivos pueden usar para fabricar azúcares, proteínas, nucleótidos y lípidos.B. Almacena la energía de la luz solar en la forma de almacenamiento a largo plazo de azúcar, que puede ser utilizada por las plantas o consumida por los animales para formar la base de la cadena alimentaria.C. Elimina el dióxido de carbono, que es un gas de efecto invernadero, del aire.D. Todo lo anterior.

Respuesta a la Pregunta #1
D es correcta. ¡Todo lo anterior son razones por las que el Ciclo de Calvin es importante!

2. ¿Por qué la segunda fase del ciclo de Calvin se llama “reducción”?A. Porque reduce el número de átomos de carbono en el ácido 3-fosfoglicérico.B. Porque reduce la cantidad de energía en el sistema en general.C. Porque NADPH da electrones al ácido 3-fosfoglicérico, que es un proceso químico llamado “reducción”.”
D. Ninguna de las anteriores.

Respuesta a la Pregunta #2
C es correcta. En química, “reducir” algo significa darle electrones. NADPH da electrones a la acción 3-fosfoglicérica en la etapa de “reducción” del ciclo de Calvin.

3. ¿Cuál es la fuente de ATP y NADPH utilizada en el ciclo de Calvin?A. Respiración aeróbica que tiene lugar en las mitocondrias.B. Energía aprovechada de la luz solar en los cloroplastos.C. Energía obtenida de productos químicos volátiles, como hierro, hidrógeno o amoníaco.D. Ninguna de las anteriores.

Respuesta a la Pregunta #3
B es correcta. El ciclo Calvin es alimentado por energía aprovechada de la luz solar en los cloroplastos. El ciclo es realizado por plantas fotosintéticas: la respiración aeróbica y la quimiosíntesis, descritas en las otras respuestas, son utilizadas por otros tipos de formas de vida.

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