FIJACION FOTOSINTETICA DEL CO2

Introducción

La asimilación del CO2 tiene lugar en la denominada fase oscura de la fotosíntesis. Es afótica indirectamente, no necesita luz para su desarrollo pero si los intermediarios obtenidos en la fase luminosa, poder asimilatorio, que son el ATP y poder reductor en forma de NADPH. Los procesos implicados en la asimilación tienen lugar en el estroma de los cloroplastos, mientras que la fase luminosa ocurre en la membrana de los tilacoides.

El proceso global de conversión del CO2 en carbohidratos fue descubierto por Calvin y Benson en 1949 y se le conoce como ciclo de Calvin.

DESCUBRIMIENTO Y METODOLOGÍA DEL CICLO DE CALVIN

El mecanismo más frecuente para la fijación del CO2 fue identificado por una serie de experimentos de Calvin, Benson y Bassham en 1949, que llevaron al descubrimiento de los distintos pasos del proceso global de conversión de CO2 en carbohidratos. En 1949 se logró disponer de CO2 marcado radiactivamente con el isótopo de 14C. Aquellos intermediarios que llevaban este isótopo después de exponer la maquinaria fotosintética al 14CO2

se podían detectar sensiblemente por su radiactividad. Se desarrolló también la técnica de cromatografía en papel para separar los distintos intermediarios, identificándolos por su migración comparándolos con otros compuestos patrones en cromatografías paralelas. Al revelar estas cromatografías en papel fotográfico sensible, se podía detectar la radiación beta emitida por el 14C.

Cuando la exposición del material era muy breve, sólo aparecen marcados radiactivamente los primeros intermediarios. A tiempos de exposición más prolongados se marcan (Fig.1. Fig. 11-2) los sucesivos intermediarios.Calvin y colaboradores, usaron cromatografía bidimensional en papel para separar los intermediarios. Realizaron los experimentos con el alga Chlorella y a distintos tiempos de exposición al 14CO2. Tomaban fracciones del cultivo líquido de Chlorella y las añadían a etanol al 80 por 100, hirviendo, con lo cual rápidamente mataban las células y paraban el proceso fotosintético. Extraían los metabolitos intermediarios y sometían el extracto a cromatografía. Al cabo de un minuto de exposición, un gran número de productos se marcaban y cuando la exposición era de sólo dos segundos, la mayor parte del marcaje radiactivo aparecía sólo en el ácido 3-fosfoglicérico (3-PGA). Este era el primer compuesto que resultaba de la incorporación del 14C del 14CO2 en la materia orgánica.

Para conocer el precursor del 3-PGA sometieron el experimento a ausencia de CO2 y se vio que en estas condiciones disminuía el marcaje de 3-PGA pero aumentaba el de ribulosa-1,5-difosfato (RuDP) lo cual era debido a que ésta no se podia transformar en 3-PGA al faltar CO2. Sin embargo, si en lugar de suprimir el CO2, se sometía a periodos de oscuridad (Fig.2. Fig.-10.4) ocurría lo contrario, desaparecía RuBP y aumentaba 3-PGA. Como conclusión sacaron que era un proceso cíclico, donde una molécula de CO2 se combinaba con una de 5 átomos de carbono par dar 2 moléculas de 3 átomos de carbono, el 3-PGA. Al prolongar el experimento en el tiempo, la mancha de radiactividad de 3-PGA se hacía cada vez mayor, esto también implicaba que el proceso era cíclico ya que cada vez había más carbonos marcados.

Fig. 1. Consecuencias de las cromatografías en tiempos de Calvin

Fig. 2. Variación en las concentraciones de 3-PGA y de la RuBP en una suspensión de algas unicelulares al apagar y encender la luz.