Ciclo de Calvin
El ciclo de Calvin es la fase de la fotosíntesis en la que el CO2 se fija y se reduce a azúcares usando el ATP y el NADPH de la fase luminosa.
El ciclo de Calvin, o ciclo de Calvin-Benson, es la serie de reacciones de la fotosíntesis en la que las plantas, las algas y las cianobacterias convierten el dióxido de carbono (CO2) en azúcares. Se desarrolla en el estroma de los cloroplastos y utiliza el ATP y el NADPH producidos en la fase luminosa. Por eso se le llama también fase oscura o fase biosintética, aunque en realidad solo funciona con normalidad cuando hay luz.
¿Qué es el ciclo de Calvin?
Es una ruta metabólica cíclica de anabolismo que fija el carbono atmosférico: incorpora el carbono inorgánico del CO2 a moléculas orgánicas. Su producto final es el gliceraldehído-3-fosfato (G3P), un azúcar de tres carbonos que la planta utiliza para fabricar glucosa, sacarosa, almidón, celulosa, aminoácidos y lípidos.
Lleva el nombre del bioquímico estadounidense Melvin Calvin, que lo describió en los años cincuenta junto a Andrew Benson y James Bassham en la Universidad de California en Berkeley. Para seguir el recorrido del carbono emplearon CO2 marcado con carbono-14 y el alga unicelular Chlorella. Calvin recibió el Premio Nobel de Química en 1961 por este trabajo.
Dónde ocurre
Tiene lugar en el estroma, el medio fluido del interior del cloroplasto, que rodea los tilacoides. Allí se encuentran las enzimas del ciclo. En las cianobacterias, que carecen de cloroplastos, ocurre en el citoplasma.
Relación con la fase luminosa
La fotosíntesis se divide en dos etapas acopladas:
- Fase luminosa (en los tilacoides): la energía de la luz se usa para romper el agua, liberar oxígeno y producir ATP y NADPH.
- Ciclo de Calvin (en el estroma): el ATP aporta energía y el NADPH aporta poder reductor para convertir el CO2 en azúcar. Al consumirlos, devuelve ADP, fosfato y NADP+ a la fase luminosa.
Fases del ciclo de Calvin
1. Fijación del carbono
La enzima rubisco (ribulosa-1,5-bisfosfato carboxilasa/oxigenasa) une una molécula de CO2 a la ribulosa-1,5-bisfosfato (RuBP), un azúcar de cinco carbonos. El compuesto de seis carbonos resultante es inestable y se divide enseguida en dos moléculas de ácido 3-fosfoglicérico (3-PGA), de tres carbonos cada una.
2. Reducción
Cada 3-PGA recibe un grupo fosfato del ATP y se convierte en 1,3-bisfosfoglicerato. Después el NADPH lo reduce a G3P. En esta etapa se gasta la mayor parte de la energía del ciclo.
3. Regeneración de la RuBP
Una serie de reacciones, con gasto de ATP, reorganiza cinco de cada seis moléculas de G3P para volver a obtener RuBP y así poder continuar. La sexta molécula de G3P sale del ciclo como ganancia neta.
Balance del ciclo
| Magnitud | Por 3 CO2 fijados (1 G3P neto) | Por 6 CO2 fijados (1 glucosa) |
|---|---|---|
| CO2 que entran | 3 | 6 |
| ATP consumidos | 9 | 18 |
| NADPH consumidos | 6 | 12 |
| G3P producidos | 1 neto | 2 netos (forman 1 glucosa) |
En cada vuelta se fija un solo carbono; por eso hacen falta seis vueltas para sintetizar una molécula de glucosa (C6H12O6).
La rubisco y la fotorrespiración
La rubisco es probablemente la enzima más abundante de la biosfera, pero es lenta y poco específica: también puede unir oxígeno a la RuBP en lugar de CO2. Esa reacción da lugar a la fotorrespiración, que consume energía y libera CO2 sin producir azúcar. Se favorece con temperaturas altas y poca concentración de CO2.
Variantes: plantas C3, C4 y CAM
- Plantas C3 (trigo, arroz, patata): fijan el CO2 directamente por el ciclo de Calvin. Son la mayoría.
- Plantas C4 (maíz, caña de azúcar): capturan el CO2 primero en las células del mesófilo y lo concentran en las de la vaina del haz, donde actúa el ciclo de Calvin. Así reducen la fotorrespiración.
- Plantas CAM (cactus, piña): abren los estomas de noche para captar el CO2 y lo usan de día, lo que ahorra agua en climas áridos.
Importancia
El ciclo de Calvin es la puerta de entrada del carbono inorgánico a la materia viva. Gracias a él se produce la materia orgánica que sostiene las cadenas tróficas y se retira CO2 de la atmósfera, lo que lo conecta con el ciclo del carbono y con la regulación del clima.
Ejercicios resueltos
1. ¿Cuántas vueltas del ciclo de Calvin hacen falta para sintetizar una molécula de glucosa?
La glucosa tiene 6 carbonos y cada vuelta fija un CO2. Se necesitan 6 vueltas.
2. Cada vuelta consume 3 ATP y 2 NADPH. ¿Cuánto se gasta en total para fabricar una glucosa?
ATP: 6 × 3 = 18. NADPH: 6 × 2 = 12. Total: 18 ATP y 12 NADPH.
3. Comprueba el balance de carbonos al fijar 3 CO2.
Entran 3 RuBP (15 C) + 3 CO2 (3 C) = 18 C, que dan 6 G3P (18 C). Sale 1 G3P (3 C) y los 5 restantes (15 C) regeneran 3 RuBP. El balance es 18 C = 3 C + 15 C.
Preguntas frecuentes
¿Qué es el ciclo de Calvin y para qué sirve?
¿Dónde se produce el ciclo de Calvin?
¿Por qué se llama fase oscura si necesita luz?
¿Qué función tiene la rubisco?
¿Qué diferencia hay entre plantas C3, C4 y CAM?
Referencias
- Reece, J. B. et al. Campbell Biología. Pearson.
- Nelson, D. L. y Cox, M. M. Lehninger. Principios de bioquímica. Omega / Macmillan.
- Taiz, L. y Zeiger, E. Fisiología vegetal. Universitat Jaume I.
Cómo citar este artículo
Equipo de Conceptualia. (2025). «Ciclo de Calvin». Conceptualia. https://conceptualia.es/ciencias-naturales/biologia/ciclo-de-calvin/
