Ciclo de Calvin-Benson: Como Ocorre, Etapas, e as Reações do Ciclo

POR Pedro Coelho

Publicado: quarta-feira, 23 de agosto de 2017

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Descoberto por Melvin Ellis Calvin, Andrew Alm Benson, James Alan Bassham e seus colaboradores na década de 1950, o Ciclo de Calvin-Benson é um ciclo de reações químicas que é responsável pela transformação de CO₂ em sacarose, que fornece a energia que ajuda no desenvolvimento e no crescimento das plantas.

Foto de Melvin Ellis Calvin (à esquerda) e Andrew Alm Benson (à direita)

Como Ocorre o Ciclo de Calvin-Benson

A fixação do CO₂ da atmosfera em esqueletos de compostos orgânicos compatíveis com as necessidades das células é essencial para a manutenção da vida na biosfera. As reações endergônicas (reações que absorvem energia do meio para produzir novos compostos) são movidas pela energia proveniente das fontes físicas e químicas.

O Ciclo de Calvin-Benson é a rota autotrófica predominante de fixação de CO₂ em muitos procariotos e em todos os eucariotos fotossintetizantes, desde as algas mais primitivas até as angiospermas mais avançadas.

Essa rota diminui o estado de oxidação do carbono a partir do valor mais alto (+4) que é encontrado no CO₂, para níveis mais baixos que são encontrados em açúcares; por exemplo, (+2) em grupos ceto (cetona), (0) em alcoóis secundários.

Devido a capacidade de diminuir o estado de oxidação de carbono, o Ciclo de Calvin-Benson também é chamado de ciclo redutor das pentoses e de ciclo de redução de carbono fotossintético.

As Três Etapas do Ciclo de Calvin-Benson: Carboxilação, Redução e Regeneração.

O Ciclo de Calvin-Benson é composto por três etapas que ocorrem no cloroplasto; carboxilação, redução e regeneração.

Etapa da Carboxilação da Molécula Aceptora de CO₂

Nessa primeira etapa do ciclo ocorre a carboxilação da molécula aceptora de CO₂, onde a primeira etapa enzimática que ocorre no ciclo é a reação do CO₂ da atmosfera e da água da planta com uma molécula aceptora de cinco átomos de carbono (ribulose-1,5-bifosfato), gerando duas moléculas de um intermediário de três carbonos (3-fosfoglicerato).

Etapa da Redução do 3-fosfoglicerato

Na segunda etapa do ciclo, o 3-fosfoglicerato é convertido em carboidratos de 3 carbonos (trioses fosfato) por reações enzimáticas acionadas por ATP (Trifosfato de Adenosina) e NADPH (Dihidro nicotinamida-adenina dinucleótido fosfato) geradas fotoquimicamente.

Etapa da Regeneração da ribulose-1,5-bifosfato aceptora do CO₂

Nessa última etapa do ciclo ocorre a regeneração da ribulose-1,5-bifosfato por uma série de dez reações catalisadas por enzimas (Observação: as dez reações estão no item abaixo), uma das quais necessita de ATP.

A saída de carbono na forma de trioses fosfato entra em equilíbrio com a entrada de carbono que é fornecido pelo CO₂; a trioses fosfato gerada é convertida em amido no cloroplasto ou exportada ao citosol (citoplasma das células) para a biossíntese de sacarose e para outras reações metabólicas.

A sacarose gerada é transportada na seiva do floema (tecido das plantas) para os órgãos heterotróficos da planta para sustentar o crescimento e ajudar na biossíntese de polissacarídeos em outras partes da planta.

Ciclo de Calvin-Benson

Reações do Ciclo de Calvin-Benson

Enzima	Reação
1 ° Etapa da Carboxilação da molécula aceptorade CO2
1 Ribulose-1,5-bifosfato-carboxilase/oxigenase (rubisco)	Ribulose-1,5-bifosfato + CO2 + H2O → 2 3fosfoglicerato
2° Etapa da redução do 3-fosfoglicerato
2 3-fosfoglicerato quinase	3-fosfoglicerato + ATP → 1,3 bifosfoglicerato+ ADP
3 NADP-gliceraldeido-3-fosfato-desidrogenase	1,3-Bifosfoglicerato + NADPH + H+→ gliceraldeido-3-fosfato + NADP+ + Pi
3° Etapa da regeneração do aceptor de CO2, ribulose-1,5-bifosfato
4 Triose fosfato isomerase	Gliceraldeido-3-fosfato → di-hidroxiacetona fosfato
5 Aldolase	Gliceraldeido-3-fosfato + di-hidroxiacetona fosfato → frutose-1,6-bifosfato
6 Frutose-1,6-bifosfatase	Frutose-1,6-bifosfato + H2O → frutose-1,6-fosfato + Pi
7 Transcetolase	Frutose-6-fosfato + gliceraldeido-3-fosfato → eritrose-4-fosfato + xilulose-5-fosfato
8 Aldolase	Eritrose-4-fosfato + di-hidroxiacetona fosfato → Sedo-heptulose-1,7-bifosfato
9 Sedo-heptulose-1,7-bifosfatase	Sedo-heptulose-1,7-bifosfato + H2O → sedo-heptulose-7-fosfato + Pi
10 Transcetolase	Sedo-heptulose-7-fosfato + gliceraldeido-3-fosfato → ribose-5-fosfato + xilulose-5-fosfato
11a Ribulose-5-fosfato-epimerase	Xilulose-5-fosfato → ribulose-5-fosfato
11b Ribose-5-fosfato-isomerase	Ribose-5-fosfato → ribulose-5-fosfato
12 Fosforribuloquinase (ribulose-5-fosfato-quinase)	Ribulose-5-fosfato + ATP → ribulose-1,5-bifosfato + ADP + H+

Observação: Pi simboliza o fosfato inorgânico.

Referências

• http://kids.britannica.com/students/assembly/view/179916 (acessado em 04/08/2017 às 18:06)
• https://library.ucsd.edu/dc/object/bb9386752q (acessado em 04/08/2017 às 18:19)
• Fisiologia e Desenvolvimento Vegetal – 6ª Edição; Lincoln Taiz,Eduardo Zeiger,Ian Max Møller,Angus Murphy; Editora Artmed,Publicada em 01/01/2017
• https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound/nadph#section=Top (acessado em 17/08/2017 às 16:52)

Sobre o autor

Olá meu nome é Pedro Coelho, eu sou engenheiro químico, engenheiro de segurança do trabalho e Green Belt em Lean Six Sigma. Além disso, também sou estudante de engenharia civil, e em parte de minhas horas vagas me dedico a escrever artigos aqui no ENGQUIMICASANTOSSP, para ajudar estudantes de Engenharia Química e de áreas correlatas. Se você está curtindo essa postagem, siga-nos através de nossas paginas nas redes sociais e compartilhe com seus amigos para eles curtirem também :)