El Descubrimiento de la Reacción Oscura
Carbono-14, un isótopo radiactivo de carbono fue usado como un trazador para estudiar los detalles en reacciones independientes de la luz por el equipo de Melvin Calvin en el Laboratorio de Radioquímica de la Universidad de Berkeley. Algas verdes fueron colocadas en un ambiente conteniendo dióxido de carbono marcado con Carbono-14. El experimento fue detenido en diferentes tiempos para matar algas verdes en etanol hirviendo. Al analizar la radiactividad en muestras de plantas, el equipo de Calvin fue capaz de determinar la secuencia de síntesis intermedia.
El C-14 fue encontrado primero en grupo carboxilo en 3-PGA. La plausible conclusión de que un compuesto de dos carbonos estaba involucrado en fijación biológica de carbono llevó al equipo de investigación a seguir haciendo trabajo inútil. Los pasos exactos en reacción oscura habían sido un secreto hasta que descubrieron que pentosa estaba también involucrada. A lo largo del camino correcto, investigadores identificaron que es un proceso cíclico que también llamado ciclo Calvin o vía C3. Este difícil viaje de exploración duró unos 10 años.
En plantas superiores, ciclo Calvin o reacción oscura es la única vía de fijación de carbono biológico incluso plantas C4 y CAM no pueden evitar. Porque no depende de luz solar directamente, se llama “reacción oscura o reacción independiente de la luz”. Estos términos son inexactos, ya que estas reacciones deben también tener lugar en luz, solo sin participación directa de la luz solar.
Tres Pasos de Reacción Oscura o Ciclo Calvin
La reacción independiente de la luz se divide en tres pasos principales en estroma del cloroplasto: fijación de carbono biológico o carboxilación, fase de reducción, y regeneración de RuBP. Una molécula de dióxido de carbono y un sacárido de cinco carbonos (RuBP) se combinan en un hexosa inestable con la ayuda de una enzima llamada Rubisco. Se descompone rápidamente en dos ácidos 3-fosfoglicéricos que tiene un grupo carboxilo, un grupo fosfato y un esqueleto con tres carbonos.
La segunda etapa es un proceso de almacenamiento de energía. 3-PGA es fosforilado por un ATP, y luego reducido a una triosa por un NADPH, a saber gliceraldehído 3-fosfato o G3P. Energía es transferida de compuestos de alta energía ATP y NADPH a triosa. La síntesis de sacárido se completa en este punto. En cuanto a cómo se convierten en otros sacáridos, esas son las reacciones bioquímicas ocurren enestroma del cloroplasto y citoplasma. Ya no forma parte de la fotosíntesis.
La tercera etapa es regeneración de RuBP. Algunos G3P dejan ciclo Calvin, mientras otros permanecen en ciclo. Cinco triosas (G3P) son convertidas en tres pentosas (RuBP) bajo la catálisis de enzimas. Esto es un proceso de consumo de ATP y reorganización del esqueleto de carbono. Luego RuBP entra en el siguiente ciclo como receptor de dióxido de carbono.
La reacción oscura fija solo una molécula de dióxido de carbono cada vez. Producir una triosa requiere tres ciclos Calvin. Cada ciclo consume tres ATP y dos NADPH. Todas las enzimas para reacción oscura están en el estroma del cloroplasto. G3P sirve como un bloque de construcción fundamental en la síntesis de glucosa, sacarosa, y almidón. Además, también actúa como un precursor para aminoácidos y ácidos grasos.