La fotosintesi ossigenaria converte circa 200 miliardi di tonnellate di anidride carbonica (CO2) all’annoin composti organici e produce circa 140 miliardi di tonnellate di ossigeno atmosferico (O2). La fotosintesi è alla base di tutto il fabbisogno di cibo e ossigeno umano.
Il processo fotosintetico può essere diviso in due serie di reazioni che si verificano in diverse regioni di cloroplasti vegetali: la reazione dipendente dalla luce e le reazioni indipendenti dalla luce o “oscure”. La reazione dipendente dalla luce avviene nella membrana tilacoide del cloroplasto. Converte l’energia luminosa in energia chimica, immagazzinata come ATP e NADPH. Questa energia viene quindi utilizzata nella regione stroma del cloroplasto, per ridurre l’anidride carbonica atmosferica in carboidrati complessi attraverso le reazioni indipendenti dalla luce del ciclo Calvin-Benson.
Il ciclo Calvin-Benson rappresenta l’insieme di reazioni fotosintetiche indipendenti dalla luce. Utilizza il triposfato adenosina (ATP) e il fosfato dinucleotide da nicotinamide (NADPH) generato durante le reazioni dipendenti dalla luce per convertire laCO 2 atmosferica in carboidrati complessi. Il ciclo Calvin-Benson rigenera anche il difosfato di adenosina (ADP) e ilNADP per la reazione dipendente dalla luce.
All’inizio del ciclo Calvin-Benson, l’atmosfera CO2 entra nella foglia attraverso aperture chiamate stomi. Nella regione stroma del cloroplasto, l’enzima ribulosio-1,5-bisfosfato carbossilasi/ossigenasi (RuBisCO) aggiunge un atomo di carbonio da CO2 a una molecola di zucchero accettante a 5 carbonio (5C), il ribulosio-1,5- bisfosfato (RuBP). La molecola 6C risultante è altamente instabile e si divide in due molecole di acido 3-fosforico (3-PGA). L’enzima 3-fosfoglicerato chinasi utilizza ATP per fosforo queste molecole 3-PGA per formare 1,3-bisfosfoglicetrato. Gliceraldeide 3-fosfato deidrogenasi utilizza NADPH per ridurre queste molecole per formare gliceraldeide 3 fosfato (G3P), uno zucchero 3C. Questo prodotto finale dà origine al nome C3 fissazione del carbonio, un alias per il ciclo Calvin-Benson.
Per fissare sei molecole di CO2, il ciclo Calvin-Benson riduce 12 molecole di NADPH e 18 ATP. Queste fonti di energia sono reintegrate dalle reazioni dipendenti dalla luce della fotosintesi. Le sei CO2 sono collegate a sei molecole 5C (RuBP) che si rompono in 12 molecole 3C (G3P). Dieci di queste molecole G3P rigenerano sei molecole dell’accettatore RuBP, per continuare il ciclo. Due molecole di G3P vengono convertite in un glucosio. G3P può anche essere utilizzato per sintetizzare altri carboidrati, aminoacidi, e lipidi.
– [Narratore] Nelle piante autotrofe
il ciclo di Calvin inizia
quando l’anidride carbonica atmosferica
finisce col diffondere nello stroma dei cloroplasti.
FISSAZIONE DEL CARBONIO
Qui un atomo di carbonio dell’anidride carbonica
viene aggiunto, o fissato,
a una molecola di zucchero accettore
a cinque atomi di carbonio, il ribulosio bifosfato, o RuBP,
in una reazione catalizzata dall’enzima
ribulosio-1,5-bifosfato carbossilasi/ossigenasi,
abbreviato in RuBisCo.
La molecola risultante a sei atomi di carbonio
è fortemente instabile
e si divide in due molecole da tre atomi di carbonio,
o acido 3-fosfoglicerico, 3-PGA.
RIDUZIONE
Con l’ATP che fornisce l’energia
e l’NADPH che fissa un idrogeno su ciascuno,
le catene di 3-PGA sono convertite
in un altro intermedio a tre atomi di carbonio
chiamato gliceraldeide-3-fosfato, G3P.
Una G3P quindi esce dal ciclo e ne aspetta un’altra
per costruire una molecola di glucosio
a sei atomi di carbonio.
Nel frattempo la seconda G3P
deve attendere per altri quattro cicli
mentre il carbonio si accumula e l’ATP fornisce più energia
per rigenerare l’accettore RuBP.
In totale, sei giri del ciclo di Calvin
fissano sei molecole di anidride carbonica atmosferica,
usando l’energia e il potere riducente
rispettivamente di 18 ATP e 12 NADPH
per generare una molecola di glucosio
e ricostituire il RuBP per continuare il ciclo.
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