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9.6: O Ciclo de Calvin
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The Calvin Cycle
 
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9.6: The Calvin Cycle

9.6: O Ciclo de Calvin

Overview

Oxygenic photosynthesis converts approximately 200 billion tons of carbon dioxide (CO2) annually to organic compounds and produces approximately 140 billion tons of atmospheric oxygen (O2). Photosynthesis is the basis of all human food and oxygen needs.

The photosynthetic process can be divided into two sets of reactions that take place in different regions of plant chloroplasts: the light-dependent reaction and the light-independent or “dark” reactions. The light-dependent reaction takes place in the thylakoid membrane of the chloroplast. It converts light energy to chemical energy, stored as ATP and NADPH. This energy is then utilized in the stroma region of the chloroplast, to reduce atmospheric carbon dioxide into complex carbohydrates through the light-independent reactions of the Calvin-Benson cycle.

The Calvin-Benson Cycle

The Calvin-Benson cycle represents the light-independent set of photosynthetic reactions. It uses the adenosine triphosphate (ATP) and nicotinamide-adenine dinucleotide phosphate (NADPH) generated during the light-dependent reactions to convert atmospheric CO2 into complex carbohydrates. The Calvin-Benson cycle also regenerates adenosine diphosphate (ADP) and NADP+ for the light-dependent reaction.

At the start of the Calvin-Benson cycle, atmospheric CO2 enters the leaf through openings called stomata. In the stroma region of the chloroplast, the enzyme ribulose-1,5-bisphosphate carboxylase/oxygenase (RuBisCO) adds one carbon atom from CO2 to a 5-carbon (5C) acceptor sugar molecule, ribulose-1,5- bisphosphate (RuBP). The resulting 6C molecule is highly unstable and splits into two molecules of 3-phosphoglyceric acid (3-PGA). The enzyme 3-phosphoglycerate kinase uses ATP to phosphorylate these 3-PGA molecules to form 1,3-bisphosphoglycerate. Glyceraldehyde 3-phosphate dehydrogenase uses NADPH to reduce these molecules to form glyceraldehyde 3-phosphate (G3P), a 3C sugar. This final product gives rise to the name C3 carbon fixation—an alias for the Calvin-Benson cycle.

To fix six CO2 molecules, the Calvin-Benson cycle reduces 12 NADPH and 18 ATP molecules. These energy sources are replenished by the light-dependent reactions of photosynthesis. The six CO2 are attached to six 5C molecules (RuBP) that break into 12 3C molecules (G3P). Ten of these G3P molecules regenerate six molecules of the RuBP acceptor, to continue the cycle. Two molecules of G3P are converted into one glucose. G3P may also be used to synthesize other carbohydrates, amino acids, and lipids.

Visão Geral

A fotossíntese oxigénica converte aproximadamente 200 mil milhões de toneladas de dióxido de carbono (CO2) anualmente em compostos orgânicos e produz aproximadamente 140 mil milhões de toneladas de oxigénio atmosférico (O2). A fotossíntese é a base de todas as necessidades humanas de alimento e oxigénio.

O processo fotossintético pode ser dividido em dois conjuntos de reações que ocorrem em diferentes zonas dos cloroplastos das plantas: a reação dependente da luz e as reações independentes da luz ou “escuras”. A reação dependente da luz ocorre na membrana dos tilacóides do cloroplasto. Converte energia da luz em energia química, armazenada como ATP e NADPH. Essa energia é então utilizada na região do estroma do cloroplasto, para reduzir o dióxido de carbono atmosférico em carboidratos complexos através das reações independentes da luz do ciclo de Calvin-Benson.

O Ciclo de Calvin-Benson

O ciclo de Calvin-Benson representa o conjunto das reações fotossintéticas independentes da luz. Ele usa o trifosfato de adenosina (ATP) e o fosfato de dinucleótido de adenina e nicotinamida (NADPH) produzido durante as reações dependentes da luz para converter CO2 atmosférico em carboidratos complexos. O ciclo de Calvin-Benson também regenera difosfato de adenosina (ADP) e NADP+ para a reação dependente da luz.

No início do ciclo de Calvin-Benson, o CO2 atmosférico entra na folha através de aberturas chamadas estomas. Na região do estroma do cloroplasto, a enzima ribulose-1,5-bifosfato carboxilase oxigenase (RuBisCO) adiciona um átomo de carbono do CO2 a uma molécula de açúcar aceitadora de 5 carbonos (5C), ribulose-1,5- bifosfato (RuBP). A molécula de 6C resultante é altamente instável e divide-se em duas moléculas de ácido 3-fosfoglicérico (3-PGA). A enzima 3-fosfoglicerato quinase usa ATP para fosforilar essas moléculas de 3-PGA para formar 1,3-bifosfoglicerato. A gliceraldeído 3-fosfato desidrogenase usa NADPH para reduzir essas moléculas para formar gliceraldeído 3-fosfato (G3P), um açúcar de 3C. Este produto final dá origem ao nome fixação do carbono C3—um pseudónimo para o ciclo de Calvin-Benson.

Para fixar seis moléculas de CO2, o ciclo de Calvin-Benson reduz 12 moléculas de NADPH e 18 de ATP. Essas fontes de energia são reabastecidas pelas reações dependentes da luz da fotossíntese. Os seis CO2 são ligados a seis moléculas de 5C (RuBP) que se dividem em 12 moléculas de 3C (G3P). Dez dessas moléculas de G3P regeneram seis moléculas do aceitador RuBP, para continuar o ciclo. Duas moléculas de G3P são convertidas em uma glicose. O G3P também pode ser usado para sintetizar outros carboidratos, aminoácidos e lípidos.


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