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Il ciclo di Calvin (fissazione del carbonio)

1950
  • Melvin Calvin
  • Andrew Benson
  • James Bassham
Biochimico che studia il ciclo di Calvin e l'enzima RuBisCO in laboratorio.

(Immagine generata a solo scopo illustrativo)

Il ciclo di Calvin, o reazioni indipendenti dalla luce, utilizza l'ATP e il NADPH prodotti durante la fase dipendente dalla luce per convertire l'anidride carbonica inorganica in molecole di zucchero organico. Questo processo avviene nello stroma del cloroplasto. L'enzima chiave, RuBisCO, catalizza la prima fase: la fissazione di [latex]CO_2[/latex] in una molecola organica, dando inizio a un ciclo che produce carboidrati.

Il ciclo di Calvin si svolge in tre fasi principali. La prima è la fissazione del carbonio, in cui l'enzima RuBisCO lega una molecola di CO2 a uno zucchero a cinque atomi di carbonio, il ribulosio-1,5-bisfosfato (RuBP). Questo crea un intermedio instabile a sei atomi di carbonio che si scinde immediatamente in due molecole di un composto a tre atomi di carbonio, il 3-fosfoglicerato (3-PGA).

La seconda fase è la riduzione. Utilizzando l'energia dell'ATP e il potere riducente del NADPH (entrambi forniti dalle reazioni luminose), le molecole di 3-PGA vengono convertite in uno zucchero a tre atomi di carbonio, la gliceraldeide-3-fosfato (G3P). Questo è un passaggio ad alto consumo energetico che immagazzina efficacemente l'energia luminosa nei legami chimici.

La terza fase è la rigenerazione. Per ogni sei molecole di G3P prodotte, una esce dal ciclo per essere utilizzata dalla pianta per sintetizzare glucosio e altre molecole organiche. Le altre cinque molecole di G3P, insieme ad altro ATP, vengono utilizzate per rigenerare le tre molecole di RuBP che hanno dato inizio al ciclo. Questo garantisce che il processo sia sostenibile, pronto a fissare più CO2.

UNESCO Nomenclature: 2402
- Biochimica

Tipo

Processo biochimico

Interruzione

Fondamento

Utilizzo

Uso diffuso

Precursori

  • scoperta del carbonio-14 radioattivo da parte di Martin Kamen e Sam Ruben, che fu utilizzato come tracciante
  • sviluppo della cromatografia su carta da parte di Archer Martin e Richard Synge
  • comprensione dell'ATP e del NADPH dalle reazioni dipendenti dalla luce
  • la legge di f.f. blackman sui fattori limitanti, che suggerisce un processo a due fasi

Applicazioni

  • ingegneria genetica delle colture per migliorare l'efficienza di RuBisCO
  • comprendere il ciclo globale del carbonio
  • sviluppo di strategie per aumentare le rese delle colture
  • modellazione delle risposte delle piante all'elevata concentrazione atmosferica di CO2

Brevetti:

NA

Idee e potenziali innovazioni

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Contesto storico

Il ciclo di Calvin (fissazione del carbonio)

1930
1940
1950
1950
1954
1960
1967
1930
1930
1940
1950
1951
1958
1960
1970

(se la data è sconosciuta o non rilevante, ad esempio "meccanica dei fluidi", viene fornita una stima approssimativa della sua notevole comparsa)

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