Fotossíntese: ciclo de Calvin

RKA1C Agora estamos prontos para aprender um pouco mais sobre a fase escura. Apenas para lembrar onde estamos neste esquema da fotossíntese: os fótons entram e excitam os elétrons na clorofila na fase clara, aqueles fótons vão para estados cada vez mais baixos de energia. Nós vimos isso no último vídeo, vão para níveis cada vez mais baixos de energia. Tudo isso acontece na membrana tilacoide, bem aqui. Deixa eu fazer isso de uma cor diferente! Você pode imaginar isso ocorrendo bem aqui. À medida que eles vão para níveis mais baixos de energia, duas coisas acontecem. A liberação de energia foi capaz de bombear hidrogênio através desta membrana e, quando você possui uma alta concentração de hidrogênio, eles voltam através de uma ATP sintase e levam esse motor a produzir ATP. Temos o aceptor final de elétron ou aceptor de hidrogênio, dependendo de como você queira ver isso... Todo átomo de hidrogênio estava como NADP+. Os dois subprodutos que continuarão a ser usados na fotossíntese a partir do ciclo claro, a partir da nossa fase clara... Eu não deveria chamá-la de "ciclo claro". ...escrevi isto aqui: ATP e NADPH. E, como subproduto, temos o que o elétron precisa para substituir este primeiro elétron excitado. Então, nós o obteremos da água. Também produzimos oxigênio, que é um subproduto muito valioso dessa reação. Mas, agora que temos o ATP e o NADPH, estamos prontos para entrar na fase escura. Quero lembrar de novo que, apesar de ser chamada de "fase escura", não significa que ela aconteça à noite, ela acontece ao mesmo tempo em que a fase clara, ela ocorre enquanto o sol está presente. A razão pela qual a chamo de fase escura é porque ela é independente da luz, ela não necessita de fótons, ela apenas requer ATP, NADPH e dióxido de carbono (CO2). Então, vamos entender um pouco melhor o que está ocorrendo aqui. Deixa-me descer aqui, para um espaço mais livre. Aqui temos a nossa fase clara. Só quero lembrar o seguinte: ela produziu algum ATP e produziu algum NADPH. Agora, vamos pegar algum dióxido de carbono da atmosfera, e tudo isso vai entrar no que chamaremos de "fase independente da luz" porque "fase escura" é equivocado. Então, na fase independente de luz. O mecanismo é chamado de "Ciclo de Calvin", e é sobre isso que se trata este vídeo, na verdade. O NADP vai para o Ciclo de Calvin, e sai o que podemos chamar de "PGAL", como dissemos no primeiro vídeo, ou "G3P". Ele é gliceraldeído-3-fosfato, e este é fosfogliceraldeído, eles são exatamente as mesmas moléculas com nomes diferentes. Você pode imaginá-las como uma cadeia de três carbono com um grupamento fosfato, que pode ser usado para construir outros carboidratos. Se colocar dois deles juntos, você pode ter uma glicose. Lembre-se do primeiro estágio da glicólise ou da primeira vez que quebramos uma molécula de glicose: nós terminamos com duas moléculas de cinco carbono, a glicose tem seis carbono, essa tem três. Estudaremos o Ciclo de Calvin mais detalhadamente. Digamos que, existindo a fase clara... Vamos começar com seis dióxido de carbono... Isso é independente da fase clara. Vou mostrar porque estou usando estes números, eu não tenho que usar esses números exatos! Digamos que eu comece com seis CO2. Posso escrever um CO2, pois eu realmente me importo com o que acontece com o carbono. Podemos escrever isso como um único carbono que possui dois oxigênio nele, posso desenhar. Vou desenhar aqui agora porque quero mostrar o que acontece com o carbono. Talvez eu devesse desenhá-los em amarelo para mostrar apenas o carbono, não estou mostrando o oxigênio. O que acontece é que os seis CO2 reagem com as seis moléculas. Vou falar um pouco sobre essa reação daqui a pouco. Isto vai parecer um pouco estranho para você, mas você pode chamar essas seis moléculas de "RuBP", essa é a abreviação para ribulose bisfosfato, às vezes chamado de ribulose-1,5- bisfosfato. A chamamos assim porque esta é uma molécula de cinco carbono, então: 3, 4, 5... E há um fosfato no carbono 1 e no 5, então é uma ribulose bisfosfato. Deixa-me escrever isso. Às vezes ribulose 1, pois este é o primeiro carbono, 5 bisfosfato, nós temos 2 fosfato, então essa é a ribulose-1,5-bisfosfato. Nome engraçado, mas isso é só uma cadeia de cinco carbono com dois fosfato nela. Esses dois reagem juntos. Isso é uma simplificação... Esses dois reagem juntos. Há muito mais acontecendo aqui, mas quero que você veja a grande sacada: para formar 12 moléculas de PGAL, de fosfogliceraldeído ou gliceraldeído-3-fosfato, de PGAL, ele possui três carbono e um grupamento fosfato... Três carbono e um grupamento fosfato. Quero estar certo de que estamos contando nosso carbono corretamente. Vamos pensar sobre o que aconteceu: nós temos 12 desses indivíduos, você pode pensar que temos 12 vezes 3, nós temos 36 carbono. Agora, nós começamos com 36? Temos 6 vezes 5 carbono, que dá 30, mais outros 6 aqui... sim, nós temos 36 carbono. Eles vão reagir um com o outro para formar esse PGAL. As ligações ou os elétrons desta molécula estão em um nível energético mais alto do que os elétrons nesta molécula, então, temos que adicionar energia para essa reação acontecer, ela não vai acontecer espontaneamente. E a energia para essa reação, se usarmos os números 6 e 6 aqui, a energia dessa reação virá dos 12 ATP. Você pode imaginar dois ATP para cada carbono e para cada ribulose bisfosfato, e 12 NADPH. Eu não quero que você fique muito confuso com isso, isso é muito parecido com NADH, mas eu não quero te confundir com o que acontece na respiração. Em seguida, eles saem como 12 ADP e 12 grupamento fosfato. Então, vocês terão mais 12 NADPH+. E a razão pela qual esta é uma fonte de energia é porque os elétrons no NADPH- ou o hidrogênio com o elétron no NADPH- estão em um nível mais alto de energia: à medida que vão para um nível mais baixo de energia, eles ajudam a realizar a reação. E, obviamente, quando os ATP perdem seus grupamentos fosfato, esses elétrons que estão em um nível alto de energia entram em um nível mais baixo, ajudam a realizar a reação, ajudam a pôr energia na reação. Então, nós temos esses 12 PGAL. Isso é chamado de Ciclo de Calvin, como pode imaginar. Nós já estudamos o Ciclo de Krebs, ciclos começam reutilizando as coisas. A razão pela qual chamamos o Ciclo de Calvin assim é porque reutilizamos a maioria desses PGAL. Então, desses 12 PGAL, nós vamos utilizar 10 deles. Deixa eu fazer isso desta forma. Então, teremos 10 PGAL, 10 fosfogliceraldeído, 10 PGAL, que vamos utilizar para recriar a ribulose bisfosfato. E a contagem funciona porque nós temos 10 moléculas de 3 carbono, que são 30 carbono. Depois, nós temos 6 moléculas de 5 carbono, 30 carbono. Mas isso, mais uma vez, vai precisar de energia, isso vai precisar da energia de seis ATP. Então, teremos seis ATP, essencialmente, perdendo seus grupamentos fosfato. Os elétrons entram em baixos níveis de energia e realizam as reações. E teremos seis ADP mais seis grupamentos fosfato, que foram liberados, e assim você vê isso como um ciclo. Eu usei tudo isso, e a pergunta é: o que eu ganho com isso? Apenas usei 10 dos 12, então eu tenho 2 PGAL sobrando, eles serão usados depois. E a razão pela qual eu usei 6 e 6 é porque eu fico com 12 aqui e fico com 2 aqui. E a razão pela qual eu tenho 2 aqui é porque 2 PGAL podem ser utilizados para fazer uma glicose, que é uma molécula com seis carbono. Sua fórmula, nós já vimos antes, é C6H12O6. Mas é importante lembrar que isso não tem que ser apenas uma glicose, ela pode continuar e gerar carboidratos e amidos de cadeias mais longas, qualquer coisa que possua um esqueleto de carbono. Então é isso, essa é a fase escura! Nós estamos aptos para pegar os subprodutos da fase escura, o ATP e os NADH e, há mais ATP ali, e utilizá-los para fixar o carbono. Isso é chamado de "fixação do carbono". Quando você pega o carbono em uma forma gasosa e o coloca em uma forma sólida, isso é chamado de fixação do carbono. Então, através do Ciclo de Calvin, nós somos capazes de fixar o carbono, e a energia advém dessas moléculas geradas na fase clara. E, é claro, isso é chamado de ciclo porque geramos esses PGAL e alguns deles podem ser usados para produzir glicose ou outros carboidratos enquanto a maioria deles continua a ser reciclada em ribulose bisfosfato que, mais uma vez, reage com o dióxido de carbono. Você tem esse ciclo acontecendo mais e mais uma vez. Nós dissemos que isso não acontece no vácuo, na verdade, se você quer saber onde isso está acontecendo, isso tudo acontece no estroma, o fluido que está dentro do cloroplasto, mas fora do seu tilacoide. No seu estroma, é ali que sua fase independente de luz está acontecendo de verdade. Isso não acontece apenas com o ATP e com o NADPH. Há uma enzima ou proteína de tamanho adequado que está facilitando tudo isso, ela está permitindo que o dióxido de carbono se ligue em certos pontos, assim como a ribulose bisfosfato e o ATP a reagirem em certos pontos para fazerem esses dois indivíduos reagirem juntos. Essa enzima às vezes é chamada de "RuBisCO", e eu vou dizer o porquê. Então, esta é a RuBisCO. Deixa eu colocar certinho. Ribulose bisfosfato carboxilase, RuBisCO. É com isto que ela se parece! Essa é uma molécula de enzima proteica bem grande, você pode imaginar que tem sua ribulose bisfosfato se ligando a este ponto, você tem o dióxido de carbono se ligando em um outro ponto... Não sei quais pontos são esses. O ATP se liga em outro ponto, eles reagem, e isso faz com que isso volte, de certa forma, para fazer a ribulose bisfosfato reagir com o dióxido de carbono. O NADPH deve estar reagindo em outro lugar... E isso é o que facilita todo esse Ciclo de Calvin. Eu disse, ao longo do vídeo, que essa RuBP era uma ribulose-1,5-bifosfato. RuBisCO é a abreviação para ribulose-1,5-bifosfato carboxilase, eu não vou escrever isso tudo, você pode procurar. Mas é para dizer que essa é uma enzima que é usada para fazer reagir o carbono com a ribulose-1,5-bisfosfato. Mas agora acabamos, finalizamos a fotossíntese. Fomos capazes de começar com fótons e água para produzir ATP e NADPH porque tínhamos aqueles elétrons excitados, tínhamos toda a quimiosmose para realizar isso, o que permitiu a ATP sintase a produzir ATP. NADPH foi o aceptor final de elétrons, que serão usados como combustível no Ciclo de Calvin na fase escura... Esse é o nome ruim, deveria ser chamada de fase independente da luz porque ela, na verdade, acontece na presença de luz. Você obtém combustível a partir da fase clara com algum dióxido de carbono e pode fixá-lo utilizando sua enzima RuBisCO no Ciclo de Calvin. Você termina com fosfogliceraldeído ou gliceradeído-3-fosfato que, então, será utilizado para gerar glicose, que todos nós usamos para alimentar e abastecer nossos corpos. Aprendemos na respiração celular que ela pode ser convertida em ATP quando nós precisamos.