FASE ESCURA

Em 1945, Melvin Calvin e cols. Começaram uma série de pesquisas que resultaram na elucidação das reações "no escuro" da fotossíntese. O objetivo era determinar a via pela qual o CO2 é fixado em glicídeos. A estratégia usada foi carbono radioativo (14C) como marcador. 14CO2 foi injetado em uma suspensão iluminada de algas que estavam executando a fotossíntese com CO2 normal. As algas eram mortas após um tempo predeterminado, deixando cair a suspensão em álcool, o que parava as reações enzimáticas. Os compostos radioativos nas algas eram separados por cromatografia bidimensional em papel. O cromatograma em papel era então visualizado por auto-radiografia. Calvin salientou que seus dados primários residiam "no número, na posição e na intensidade - isto é, na radioatividade - das áreas escurecidas.

A formação de 3-fosfoglicerato como o primeiro intermediário radioativa detectável sugeriu que um composto de 2 carbonos seria o aceptor de CO2. Mas provou que não era assim. A sequência real da reação é mais complexa.

O amido e a sacarose são os principais glicídios armazenados nos vegetais. O amido é um polímero de gliicose, porém é menos ramificado, pois possui menos ligações glicosídicas. É sintetizado e armazenado nos cloroplastos. A sacarose é sintetizada no citossol, a partir da hidrólise do ester-fosfato e armazenada em células vegetais da beterraba e cana-de-açúcar, por exemplo.

Três ATPs e dois NADPH são usados para trazer o CO2 ao nível de uma hexose. São necessários 6 rodadas do ciclo de Calvin. Doze ATPs são gastos na fosforilação de 12 moléculas de 3-fosfoglicerato à 1,3-disfosfoglicerato e 12 NADPH são consumidos na redução de 1,3-disfosfoglicerato e gliceraldeido- 3-fosfato. Mais 6 ATPs são gastos na regeneração da ribulose 1,5-disfosfato.

Equação do ciclo de Calvin:

6 CO2 + 18 ATP + 18 NADPH + 12 H2O C6H12O6 + 18ADP + 18 Pi + 12 NADP+ + 6H+

Esquema animado do Ciclo de Calvin & Benson

O ciclo Calvin-Benson é a parte de síntese da Fotossíntese. É uma série de reações interligadas que "fixam" o carbono e rearranjam os atomos para formar os fosfatos de açucar. Cada reação é catalizada por uma enzima diferente. Nesta animação, os atomos de carbono das moleculas chaves são mostradas em vermelho. Clique aqui para ver um filme da Fase Escura

TIORREDOXINA

O ciclo de Calvin só opera quando são produzidos ATP e NADPH pelas reações à luz da fotossíntese. Diversas enzimas do ciclo são ativadas pela redução de pontes dissulfeto. O redutor é a tiorredoxina, uma proteína de 12kDa contendo radicais de cisteína vizinhos. Essas citeínas formam um dissulfeto na tiorredoxina oxidada. Nos cloroplastos, a tiorredoxina oxidada é reduzida pela ferredoxina. Desse modo, as atividades das reações "luminosa" e "no escuro" da fotossíntese são coordenadas pelo potencial redutor da ferredoxina e, daí, da tiorredoxina. A atividade catalítica da fosforribulose cinase, por exemplo, aumenta 100 vezes com a iluminação. A etapa limitante de velocidade do ciclo de Calvin é a carboxilação da ribulose 1,5-bisfosfato para formar duas moléculas de 3-fosfoglicerato. A atividade da ribulose 1,5-bisfosfato aumenta bastante com a iluminação. No estroma, o pH aumenta de 7 para 8, e o nível de Mg2+. Ambos os efeitos são conseqüências do bombeamento de prótons para o espaço tilacóide. A atividade da carboxilase aumenta nessa condições porque a formação do carbamato é favorecida em pH alcalino. O CO2 adiciona-se a amina ? desprotonada da lisina reguladora, e o Mg2+ liga-se ao carbamato para formar um aduto essencial a catálise.