Qual a principal razão para que ocorra o ciclo de calvin?

Nessa fase, a energia contida nos ATP e os hidrogênios dos NADPH2, serão utilizados para a construção de moléculas de glicose. A síntese de glicose ocorre durante um complexo ciclo de reações (chamado ciclo das pentoses ou ciclo de Calvin-Benson), do qual participam vários compostos simples. Durante o ciclo, moléculas de CO2 unem-se umas as outras formando cadeias carbônicas que levam à produção de glicose. A energia necessária para o estabelecimento das ligações químicas ricas em energia é proveniente do ATP e os hidrogênio que promoverão a redução dos CO2 são fornecidos pelos NADPH2. Veja com mais detalhes o ciclo de Calvin O Ciclo de Calvin O ciclo começa com a reação de uma molécula de CO2 com um açúcar de cinco carbonos conhecido como ribulose difosfato catalisada pela enzima rubisco (ribulose bifosfato carboxilase/oxigenase, RuBP), uma das mais abundantes proteínas presentes no reino vegetal. Forma-se, então, um composto instável de seis carbonos, que logo se quebra em duas moléculas de três carbonos (2 moléculas de ácido 3-fosfoglicérico ou 3-fosfoglicerato, conhecidas como PGA). O ciclo prossegue até que no final, é produzida uma molécula de glicose e é regenerada a molécula de ribulose difosfato.Note, porém, que para o ciclo ter sentido lógico, é preciso admitir a reação de seis moléculas de CO2 com seis moléculas de ribulose difosfato, resultando em uma molécula de glicose e a regeneração de outras seis moléculas de ribulose difosfato. A redução do CO2 é feita a partir do fornecimento de hidrogênios pelo NADH2 e a energia é fornecida pelo ATP. Lembre-se que essas duas substâncias foram produzidas na fase clara. O esquema apresentado é uma simplificação do ciclo de Clavin: na verdade, as reações desse ciclo se parecem com as que ocorrem na glicólise, só que em sentido inverso. É correto admitir, também, que o ciclo origina unidades do tipo CH2O, que poderão ser canalizadas para a síntese de glicose, sacarose, amido e, inclusive, aminoácidos, ácidos graxos e glicerol.

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Curso: Biblioteca de Biologia > Unidade 13

Lição 3: O ciclo de Calvin

O ciclo de Calvin

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Como os produtos das reações à luz, ATP e NADPH, são usados para fixar o carbono em açúcares na segunda fase da fotossíntese.

Introdução

Você, assim como todos os organismos na Terra, é uma forma de vida baseada em carbono. Em outras palavras, as moléculas complexas de seu corpo incrível são construídas em alicerces de carbono. Você já poderia saber que você é à base de carbono, mas você já tinha imaginado onde vem todo esse carbono?

Acontece que os átomos de carbono em seu corpo já fizeram parte de moléculas de dióxido de carbono (

{CO}_{2}

) no ar. Átomos de carbono terminam em você e em outras formas de vida, graças à segunda fase da fotossíntese, conhecida como ciclo de Calvin (ou fase escura).

Resumo do ciclo de Calvin

Nas plantas, o dióxido de carbono (

{CO}_{2}

) entra no interior de uma folha através de poros chamados estômatos e difunde-se no estroma do cloroplasto — o local das reações do ciclo de Calvin, onde o açúcar é sintetizado. Estas reações são também chamadas de fase escura porque não são conduzidas diretamente pela luz.

No ciclo de Calvin, os átomos de carbono do

{CO}_{2}

são fixados (incorporados nas moléculas orgânicas) e utilizados para formar açúcares de três carbonos. Este processo é abastecido e dependente do ATP e NADPH das reações luminosas. Ao contrário das reações luminosas, que ocorrem na membrana tilacoide, as reações do ciclo de Calvin ocorrem no estroma (espaço interno dos cloroplastos).

Reações do ciclo de Calvin

As reações do ciclo de Calvin podem ser divididas em três etapas principais: fixação do carbono, redução e regeneração da molécula inicial.

Aqui está um diagrama básico do ciclo:

Imagem modificada de "Using light energy to make organic molecules: Figure 1," de OpenStax College, CC BY 4.0

Fixação do carbono. Uma molécula de ${CO}_{2}$ ‍ se combina com uma molécula receptora de cinco carbonos, 1,5-ribulose-bisfosfato (RuBP). Nesta etapa um composto de seis carbonos se divide em duas moléculas de um composto de três carbonos, o 3-ácido fosfoglicérico (3-PGA). Esta reação é catalisada pela enzima RuBP carboxilase/oxigenase, ou rubisco.
A primeira etapa do ciclo de Calvin incorpora o carbono do ${CO}_{2}$ ‍ em uma molécula orgânica, num processo chamado de fixação do carbono. Na plantas, o ${CO}_{2}$ ‍ atmosférico entra na camada mesófila das folhas passando pelos poros na superfície da folha, chamados estômatos. Então, ele se difunde pelas células mesófilas e entra no estroma dos cloroplastos, onde ocorre o ciclo de Calvin.
Diagrama simplificado (mostrando os átomos de carbono, mas não as estruturas moleculares completas) ilustrando a reação catalisada pela rubisco. A rubisco liga uma molécula de dióxido de carbono a uma molécula de RuBP, e o intermediário resultante de seis carbonos se quebra em duas moléculas de 3-fosfoglicerato (3-PGA).
Na primeira etapa do ciclo, uma enzima apelidada de rubisco (RuBP carboxilase-oxigenase) catalisa a ligação do ${CO}_{2}$ ‍ a um açúcar com cinco carbonos chamado ribulose bifosfato (RuBP). Entretanto, a molécula de seis carbonos resultante é instável e rapidamente se divide em duas moléculas de um composto com três carbonos chamado 3-fosfoglicerato (3-PGA). Assim, para cada ${CO}_{2}$ ‍ que entra no ciclo, duas moléculas de 3-PGA são produzidas.
As reais estruturas moleculares são mostradas abaixo:
Diagrama mostrando as estruturas moleculares do RuBP e dióxido de carbono, o intermediário instável de seis carbonos formado quando se combinam, e as duas moléculas de 3-PGA produzidas pela quebra do composto intermediário.
Redução. Na segunda etapa, o ATP e NADPH são usados para converter as moléculas de 3-PGA em moléculas de açúcar de três carbonos, o gliceraldeído-3-fosfato (G3P). Nesta fase, recebe esse nome porque o NADPH doa elétrons, ou reduz, para um intermediário de três carbonos para formar G3P.
O estágio de redução do ciclo de Calvin, que precisa de ATP e NADPH, converte 3-PGA (produzida no estágio de fixação) em um açúcar com três carbonos. Este processo ocorre em duas etapas principais:
Diagrama simplificado da etapa de redução do ciclo de Calvin mostrando os átomos de carbono, mas não as estruturas moleculares completas. Uma molécula de 3-PGA primeiro recebe um segundo grupo fosfato do ATP (gerando ADP). Em seguida, a molécula duplamente fosforilada recebe elétrons do NADPH e é reduzida para formar gliceraldeído-3-fosfato. Esta reação gera NADP+ e também libera um fosfato inorgânico.
Primeiro, cada molécula de 3-PGA recebe um grupo fosfato do ATP, tornando-se uma molécula duplamente fosforilada chamada 1,3-bifosfoglicereato (e deixando um ADP como subproduto).
Segundo, as moléculas de 1,3-bifosfoglicerato são reduzidas (ganham elétrons). Cada molécula recebe dois elétrons do NADPH e perde um de seus grupos fosfato, tornando-se um açúcar de três carbonos chamado gliceraldeído-3-fosfato (G3P). Esta etapa produz NADP $^{+}$ ‍ e fosfato ( $P_{i}$ ‍) como subprodutos.
O estruturas químicas e reações reais são:
Reações da etapa de redução do ciclo de Calvin, mostrando as estruturas moleculares das moléculas envolvidas.
O ATP e NADPH usados nessas etapas são produtos das reações fotodependentes (primeiro estágio da fotossíntese). Ou seja, a energia química do ATP e o potencial redutor do NADPH, ambos produzidos com a utilização da energia da luz, mantêm o ciclo de Calvin em funcionamento. Reciprocamente, o ciclo de Calvin regenera o ADP e NADP $^{+}$ ‍, fornecendo os substratos necessários para as reações fotodependentes.
Regeneração. Algumas moléculas de G3P irão fazer glicose, enquanto outras devem ser recicladas para regenerar o receptor RuBP. A regeneração requer ATP e envolve uma rede complexa de reações, que meu professor de faculdade chamava de "emaranhado de carboidratos." $^{1}$ ‍

Para que um G3P saia do ciclo (e vá para a síntese de glicose), três moléculas de

{CO}_{2}

devem entrar no ciclo, fornecendo três novos átomos de carbono fixo. Quando as três moléculas de

{CO}_{2}

entram no ciclo, são produzidas seis moléculas de G3P. Uma delas sai do ciclo e é usada para produzir glicose, enquanto as outras cinco são recicladas para regenerar as três moléculas do receptor RuBP.

Resumo dos reagentes e produtos do ciclo de Calvin

São necessárias três voltas do ciclo de Calvin para fazer uma molécula de G3P que pode sair do ciclo e formar glicose. Vamos resumir a quantidade das moléculas importantes que entram e saem do ciclo de Calvin para a formação de um G3P. Nas três voltas do ciclo de Calvin:

Carbono. $3$ ‍ ${CO}_{2}$ ‍ se ligam a $3$ ‍ aceptores RuBP, produzindo $6$ ‍ moléculas de gliceraldeído-3-fosfato (G3P).
- $1$ ‍ molécula de G3P deixa o ciclo e é direcionada para a produção de glicose.
- $5$ ‍ moléculas de G3P são recicladas, regenerando $3$ ‍ moléculas aceptoras de RuBP.
ATP. $9$ ‍ ATP são convertidos em $9$ ‍ ADP ( $6$ ‍ durante a etapa de fixação, $3$ ‍ durante a etapa de regeneração).
NADPH. $6$ ‍ NADPH sāo convertidos em $6$ ‍ NADP $^{+}$ ‍ (durante a etapa de reduçāo).

Uma molécula de G3P contém três átomos de carbono fixo, por isso é preciso dois G3Ps para construir uma molécula de glicose de seis carbonos. Levaria seis voltas do ciclo, ou

6

{CO}_{2}

18

ATP e

12

NADPH para produzir uma molécula de glicose.

Créditos:

Este artigo foi produzido com base nos seguintes artigos:

"The Calvin cycle," por OpenStax College, Concepts of Biology, CC BY 4.0. Acesse gratuitamente o artigo original em http://cnx.org/contents/b3c1e1d2-839c-42b0-a314-e119a8aafbdd@9.10.
"Using light energy to make organic molecules," de OpenStax College, Biology, CC BY 4.0. Acesse gratuitamente o artigo original em http://cnx.org/contents/185cbf87-c72e-48f5-b51e-f14f21b5eabd@10.53.

O artigo adaptado está autorizado sob a licença CC BY-NC-SA 4.0

Referências:

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Referências:

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Koning, R. E. (1994). Calvin cycle. Em Plant physiology information website. Disponível em http://plantphys.info/plant_physiology/calvincycle.shtml.

Openstax College, Biology. (2015, March 3). Using light energy to make organic molecules. Em OpenStax CNX. Disponível em http://cnx.org/contents/36b3469d-e561-44ff-ac32-99f4d18830e2/Using-Light-Energy-to-Make-Org.

Purves, W.K., Sadava, D., Orians, G.H., and Heller, H.C. (2004). Photosynthesis: energy from the sun. In Life: the science of biology (7th ed., pp. 154-156). Sunderland, MA: Sinauer Associates, Inc.

Raven, P. H., Johnson, G. B., Mason, K. A., Losos, J. B., and Singer, S. R. (2014). Photosynthesi. In Biology (10th ed., AP ed., pp. 147-167). New York, NY: McGraw-Hill.

Reece, J. B., Urry, L. A., Cain, M. L., Wasserman, S. A., Minorsky, P. V., and Jackson, R. B. (2011). Photosynthesis. In Campbell biology (10th ed., pp. 199-200). San Francisco, CA: Pearson.

Soderberg, T. (n.d.). Carboxylation and decarboxylation reactions. In Organic chemistry with a biological emphasis (section 13.5). Acesso em: Out 31, 2015. Disponível em: UC Davis ChemWiki: http://chemwiki.ucdavis.edu/Organic_Chemistry/Organic_Chemistry_With_a_Biological_Emphasis/Chapter_13%3A_Reactions_with_stabilized_carbanion_intermediates_I/Section_13.5%3A_Carboxylation_and_decarboxylation_reactions.

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geovannagsa.alcantara
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Qual a principal razão para que ocorra o ciclo de calvin?
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- mari costa
  Publicado há há 8 anos. Link direto para a postagem “Nessa fase, a energia con...” de mari costa
  Nessa fase, a energia contida nos ATP e os hidrogênios dos NADPH2, serão utilizados para a construção de moléculas de glicose. A síntese de glicose ocorre durante um complexo ciclo de reações (chamado ciclo das pentoses ou ciclo de Calvin-Benson), do qual participam vários compostos simples.
  Durante o ciclo, moléculas de CO2 unem-se umas as outras formando cadeias carbônicas que levam à produção de glicose. A energia necessária para o estabelecimento das ligações químicas ricas em energia é proveniente do ATP e os hidrogênio que promoverão a redução dos CO2 são fornecidos pelos NADPH2.
  
  Veja com mais detalhes o ciclo de Calvin
  
  O Ciclo de Calvin
  
  O ciclo começa com a reação de uma molécula de CO2 com um açúcar de cinco carbonos conhecido como ribulose difosfato catalisada pela enzima rubisco (ribulose bifosfato carboxilase/oxigenase, RuBP), uma das mais abundantes proteínas presentes no reino vegetal.
  
  Forma-se, então, um composto instável de seis carbonos, que logo se quebra em duas moléculas de três carbonos (2 moléculas de ácido 3-fosfoglicérico ou 3-fosfoglicerato, conhecidas como PGA). O ciclo prossegue até que no final, é produzida uma molécula de glicose e é regenerada a molécula de ribulose difosfato.Note, porém, que para o ciclo ter sentido lógico, é preciso admitir a reação de seis moléculas de CO2 com seis moléculas de ribulose difosfato, resultando em uma molécula de glicose e a regeneração de outras seis moléculas de ribulose difosfato.
  
  A redução do CO2 é feita a partir do fornecimento de hidrogênios pelo NADH2 e a energia é fornecida pelo ATP. Lembre-se que essas duas substâncias foram produzidas na fase clara.
  
  O esquema apresentado é uma simplificação do ciclo de Clavin: na verdade, as reações desse ciclo se parecem com as que ocorrem na glicólise, só que em sentido inverso.
  
  É correto admitir, também, que o ciclo origina unidades do tipo CH2O, que poderão ser canalizadas para a síntese de glicose, sacarose, amido e, inclusive, aminoácidos, ácidos graxos e glicerol.
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