Biología (08) · Unidad 5 — La transformación de la energía
Fotosíntesis: el ciclo de Calvin
En el estroma, la enzima RuBisCO pega cada CO₂ a una molécula de cinco carbonos (la RuBP); lo que sale se reduce con ATP y NADPH hasta un azúcar de tres carbonos (G3P), y la mayor parte del G3P se recicla para regenerar la RuBP. Cada CO₂ cuesta 3 ATP y 2 NADPH: una glucosa, 18 ATP y 12 NADPH.
La explicación
El problema: del aire al azúcar
El CO₂ es una molécula chica, estable y con poca energía. El azúcar es grande y guarda mucha. Para pasar de una a otra hay que pegar los carbonos sueltos en una cadena y cargarlos de electrones. Esa es la tarea del ciclo de Calvin, que ocurre en el estroma del cloroplasto y usa lo que fabricó la etapa luminosa: ATP (energía) y NADPH (electrones).
Lo describió Melvin Calvin en los años cincuenta, siguiendo carbono radiactivo (¹⁴C) en algas: a los pocos segundos de darles ¹⁴CO₂, el primer compuesto marcado era una molécula de tres carbonos, el 3-fosfoglicerato.
Las tres fases
2. Reducción. Cada PGA recibe energía del ATP y electrones del NADPH, y se convierte en gliceraldehído 3-fosfato (G3P), un azúcar de tres carbonos. Este es el paso que gasta el NADPH.
3. Regeneración. Para que el ciclo siga, hay que volver a tener RuBP. La mayor parte del G3P se reordena, gastando más ATP, y vuelve a ser RuBP.
Es un ciclo porque la molécula que recibe el CO₂ (la RuBP) se vuelve a fabricar al final. Lo que sale del ciclo es el G3P que sobra.
Las cuentas
Conviene contar por seis vueltas, que es lo que hace falta para una glucosa (6 carbonos):
12 PGA + 12 ATP + 12 NADPH → 12 G3P.
10 G3P (30 C) + 6 ATP → 6 RuBP: el ciclo vuelve a empezar.
Quedan 2 G3P (6 C) libres: con ellos se arma una glucosa.
Total por glucosa: 6 CO₂, 18 ATP y 12 NADPH. Dividido por cada CO₂: 3 ATP y 2 NADPH. Esa es la regla de oro para cualquier cuenta: multiplicá los CO₂ que hacen falta por 3 (ATP) y por 2 (NADPH).
1. Contá cuántos carbonos tiene lo que se quiere fabricar: ésos son los CO₂ que hay que fijar.
2. ATP = 3 × CO₂. NADPH = 2 × CO₂.
3. Si además preguntan por el agua o el O₂: cada NADPH sale de 2 electrones, y cada O₂ da 4 (tema 5.2).
«Independiente de la luz» no quiere decir «de noche»
Durante mucho tiempo se la llamó «fase oscura», y el nombre engaña. El ciclo no usa la luz directamente, pero necesita el ATP y el NADPH que la luz fabrica, y además varias de sus enzimas se activan con la luz. Si se apaga la luz, el ciclo se frena en pocos minutos, cuando se acaban el ATP y el NADPH. En la práctica, trabaja de día.
La RuBisCO y adónde va el azúcar
La RuBisCO es lenta (fija unas pocas moléculas por segundo), así que las plantas fabrican muchísima: se la considera la proteína más abundante de la Tierra. Además se confunde: a veces pega O₂ en lugar de CO₂, en un proceso llamado fotorrespiración que desperdicia parte del trabajo, y que aumenta con el calor.
El G3P que sale del ciclo es la materia prima de casi todo lo que fabrica la planta: glucosa; sacarosa (el azúcar de mesa, que viaja por la savia); almidón (la reserva, en el estroma o en amiloplastos); celulosa (la pared); y, con nitrógeno del suelo, aminoácidos.
1. Si aparece el CO₂ entrando y la RuBisCO: fijación.
2. Si se gasta NADPH: reducción.
3. Si se vuelve a formar RuBP: regeneración (gasta ATP, no NADPH).
Una planta fabrica una molécula de glucosa (6 carbonos) por el ciclo de Calvin. ¿Cuántas moléculas de CO₂ fija, cuántos ATP y cuántos NADPH gasta? ¿Cuántas veces actúa la RuBisCO?
El dato que decide: cada vuelta del ciclo fija un CO₂ y cuesta 3 ATP y 2 NADPH.
RuBisCO. Cada CO₂ lo pega la RuBisCO a una RuBP: actúa 6 veces.
ATP. 6 × 3 = 18 ATP (12 en la reducción y 6 en la regeneración).
NADPH. 6 × 2 = 12 NADPH (todos en la reducción).
Control con los carbonos: 6 CO₂ + 6 RuBP (30 C) dan 12 PGA (36 C) → 12 G3P (36 C). 10 G3P (30 C) vuelven a ser 6 RuBP; quedan 2 G3P (6 C), que forman la glucosa. Cierra.
Para ir un paso más atrás: esos 12 NADPH necesitaron 24 electrones, que salieron de romper 12 moléculas de agua y liberar 6 O₂ (tema 5.2). Así se explica el 6 O₂ de la ecuación global.
Dónde se pierde el punto: en contar 2 ATP por CO₂ (olvidando la regeneración) o en multiplicar por 12 en vez de por 6, confundiendo los PGA con los CO₂.
Unas algas hacen fotosíntesis con luz y CO₂ en abundancia. De golpe se apaga la luz. ¿Qué pasa en los minutos siguientes con la cantidad de RuBP y de PGA (3-fosfoglicerato) en el estroma? ¿Y si, en lugar de apagar la luz, se les saca el CO₂?
La idea: cada molécula se acumula si se la sigue fabricando pero se deja de gastarla, y baja si se la sigue gastando pero se deja de fabricarla.
Se saca el CO₂. La fijación se detiene: la RuBP ya no se gasta. Pero mientras haya ATP y NADPH, el PGA que había se reduce y la regeneración sigue fabricando RuBP. Resultado: la RuBP sube y el PGA baja.
Lo que prueba: que la RuBP es la que recibe el CO₂ y que la reducción del PGA depende de los productos de la luz. Es un razonamiento de la época en que se armó el ciclo, y sirve para cualquier camino metabólico: mirar qué paso se cortó y qué queda de cada lado.
Dónde se pierde el punto: en pensar que «sin luz se para todo de golpe». Cada paso se para cuando le falta lo suyo, y eso deja huellas distintas.
Dónde se cae la mayoría
- Llamarlo «fase oscura» y creer que ocurre de noche. Necesita el ATP y el NADPH de la luz: a oscuras se frena en minutos.
- Creer que el CO₂ se une a otra molécula de CO₂. Se une a la RuBP, un azúcar de cinco carbonos, y salen dos moléculas de tres.
- Calcular el ATP de una glucosa como 6 o 12. Cada CO₂ cuesta 3 ATP y 2 NADPH: para seis CO₂, 18 ATP y 12 NADPH.
- Pensar que todo el G3P sale del ciclo. La mayor parte se recicla para regenerar la RuBP; sólo uno de cada seis queda libre.
- Ubicar el ciclo en el tilacoide. Ocurre en el estroma, donde llegan el ATP y el NADPH.
Hasta acá la explicación. La práctica es la otra mitad: 7 ejercicios de este tema, en cuatro niveles, que no te dicen sólo si está bien al final sino que te corrigen en cada paso y te explican por qué. Además trae una animación que muestra la idea en movimiento.
Practicar Fotosíntesis: el ciclo de Calvin →Dónde entra este tema en el parcial
- Primer parcial — Una hoja al sol20 puntos · resuelto paso a paso
Los otros temas de la unidad 5
La transformación de la energía