4.7: Fotosíntesis - Vía de Fijación de Carbono
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\[\ce{6CO2 + 12H2O -> C6H12O6 + 6H2O + 6O2}\]
La luz proporciona la energía para transferir electrones del agua a nicotinamida adenina dinucleótido fosfato (\(\ce{NADP^{+}}\)) formando\(\ce{NADPH}\) y generar ATP. Tanto el ATP como el NADPH proporcionan la energía y los electrones para reducir el dióxido de carbono (\(\ce{CO2}\)) a moléculas orgánicas.
Los pasos que conducen a la fotosíntesis
- El CO 2 se combina con el bifosfato de ribulosa de azúcar fosforilado de 5 carbonos.
- Esta reacción es catalizada por la enzima ribulosa bisfosfato carboxilasa oxigenasa (RUBISCO) (una enzima que puede afirmar que es la proteína más abundante en la tierra).
- El compuesto de 6 carbonos resultante se descompone en dos moléculas de ácido 3-fosfoglicérico (PGA).
- Las moléculas de PGA se fosforilan adicionalmente (por ATP) y se reducen (por NADPH) para formar fosfogliceraldehído (PGAL).
- El fosfogliceraldehído sirve como material de partida para la síntesis de glucosa y fructosa.
- La glucosa y la fructosa hacen que el disacárido sea sacarosa, que viaja en solución a otras partes de la planta (por ejemplo, fruto, raíces).
- La glucosa es también el monómero utilizado en la síntesis de los polisacáridos almidón y celulosa.
La Figura 4.7.1 muestra los pasos en la fijación del dióxido de carbono durante la fotosíntesis. Todas estas reacciones ocurren en el estroma del cloroplasto. Estos pasos fueron elaborados por Melvin Calvin y sus colegas de la Universidad de California y, por esta razón, se denominan el ciclo Calvino.
Experimento de Calvin
El aparato experimental se muestra arriba. Después de varios intervalos de iluminación, se inactiva una suspensión de algas unicelulares y se extrae el contenido de las células. Los compuestos en una gota del extracto se separan luego por cromatografía en papel.
La identidad de cada sustancia puede determinarse simplemente comparando su posición con las posiciones ocupadas por sustancias conocidas en las mismas condiciones. O bien, un fragmento que contiene la mancha puede cortarse de la lámina y analizarse químicamente.
Para determinar cuáles, en su caso, de las sustancias separadas en el cromatograma son radiactivas, se coloca una lámina de película de rayos X junto al cromatograma. Si aparecen manchas oscuras en la película (debido a la radiación emitida por los 14 átomos de C), su posición puede correlacionarse con las posiciones de los químicos en el cromatograma. Mediante esta técnica de autorradiografía, Calvin encontró que 14 C aparecieron en las moléculas de glucosa dentro de los 30 segundos posteriores al inicio de la fotosíntesis. Cuando permitió que la fotosíntesis procediera solo por 5 segundos, sin embargo, la radiactividad se concentró en varias otras moléculas, más pequeñas.
Las manchas oscuras muestran los compuestos radiactivos producidos después de 10 segundos (izquierda) y 2 minutos (derecha) de fotosíntesis por el alga verde Scenedesmus. El alga fue suministrado con dióxido de carbono marcado con 14 C, un isótopo radiactivo de carbono. A los 10 segundos, la mayor parte de la radiactividad se encuentra en el ácido 3-fosfoglicérico (“P-glicérico”). A los 2 minutos se han sintetizado azúcares fosforilados de 6 carbonos (glucosa y fructosa) así como una serie de aminoácidos. El pequeño rectángulo y círculo (esquinas inferiores a la derecha) marcan los puntos donde se aplicó el extracto celular.