9.6: Il ciclo di Calvin

Panoramica

La fotosintesi ossigenaria converte circa 200 miliardi di tonnellate di anidride carbonica (CO_{2) all’anno}in 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

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 la_CO 2 atmosferica in carboidrati complessi. Il ciclo Calvin-Benson rigenera anche il difosfato di adenosina (ADP) e il^NADP 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 CO_2, 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.