Charakterystyka rybulozo-1,5-bisfosforanu (RuBP), karboliksacja

3415
Charles McCarthy

Plik rybulozo-1,5-bisfosforan, Powszechnie w skrócie RuBP, jest to biologiczna cząsteczka, która działa jako substrat w cyklu Calvina fotosyntezy, jest to cząsteczka, na której osadzony jest CO.dwa.

W tym procesie RuBP może być utlenione lub karboksylowane, ustępując miejsca syntezie heksoz i przechodząc różne reakcje aż do własnej regeneracji (recyklingu). Karboksylację i utlenianie RuBP przeprowadza ten sam enzym: karboksylaza / oksygenaza rybulozo-1,5-bisfosforanowa (RuBisCO lub Rubisco). Podczas regeneracji tej cząsteczki fosforylacja rybulozo-5-fosforanu zachodzi przez enzym fosforybulokinazę..

Fontanna: Benjah-bmm27 [domena publiczna]

Indeks artykułów

  • 1 Funkcje
  • 2 Karboksylacja RuBP
  • 3 RuBP w tworzeniu glukozy
  • 4 Regeneracja RuBP
  • 5 RuBP można natlenić
  • 6 Mechanizmy pozwalające uniknąć natlenienia RuBP
  • 7 Referencje

Charakterystyka

RuBP jest cząsteczką podobną do ketopentozy. Te monosacharydy charakteryzują się, jak wskazuje ich nazwa, obecnością pięciu atomów węgla z grupą ketonową, czyli grupą karbonylową w jednym z centralnych atomów węgla..

Podobnie jak w przypadku większości ketoz, grupa karbonylowa znajduje się przy C2, podczas gdy grupy hydroksylowe znajdują się przy atomach węgla C3 i C4. RuBP jest pochodną rybulozy, w której węgle C1 i C5 mają również grupy hydroksylowe. W RuBP te węgle (C1 i C5) są aktywowane przez dwie grupy fosforanowe zlokalizowane w odpowiednich miejscach.

Karboksylacja RuBP

W pierwszym etapie cyklu Calvina enzym zwany fosforybulokinazą powoduje fosforylację rybulozo-5-fosforanu w celu wytworzenia RuBP. Następnie zachodzi karboksylacja w wyniku działania enzymu Rubisco.

Podczas karboksylacji RuBP działa jako akceptor CO.dwa, łączenie się ze wspomnianą cząsteczką w celu utworzenia dwóch cząsteczek 3-fosfoglicerynianu (3PG). Podczas tej reakcji powstaje endiolanowy związek pośredni poprzez wychwytywanie protonu z węgla C3 RuBP..

Endiolate generuje nukleofilowy atak na COdwa tworząc kwas β-okso, który jest szybko atakowany przez HdwaAlbo na węglu C3. Produkt tego ataku przechodzi reakcję bardzo podobną do zerwania aldolowego, generując dwie cząsteczki 3PG, z których jedna przenosi węgiel z COdwa.

Enzym Rubisco, który przeprowadza tę reakcję, jest dużym enzymem, składającym się z ośmiu równych podjednostek. Enzym ten jest uważany za jedno z najbardziej rozpowszechnionych białek na Ziemi, stanowiąc około 15% wszystkich białek w chloroplastach..

Jak sama nazwa wskazuje (karboksylaza / oksygenaza bisfosforanu rybulozy), Rubisco może katalizować zarówno karboksylację, jak i utlenianie RuBP, będąc w stanie reagować zarówno z COdwa jak z Odwa.

RuBP w tworzeniu glukozy

W roślinach zielonych fotosynteza wytwarza ATP i NADPH w fazie lekkiej. Te cząsteczki służą do redukcji COdwa i tworzą produkty o zmniejszonej zawartości, takie jak węglowodany, głównie skrobia i celuloza.

Jak wspomniano, w ciemnej fazie fotosyntezy, rozszczepienie RuBP następuje pod działaniem Rubisco, przy stosunku dwóch cząsteczek 3PG utworzonych przez każdy RuBP. Po zakończeniu sześciu rund cyklu Calvina następuje tworzenie się heksozy (np. Glukozy).

W sześciu rundach tego cyklu sześć cząsteczek COdwa Reagują z sześcioma RuBP, tworząc 12 cząsteczek 3PG. Te cząsteczki są przekształcane w 12 BPG (1,3-bisfosfoglicerynian), a następnie w 12 GAP.

Z tych 12 cząsteczek GAP pięć jest izomeryzowanych do DHAP, z których trzy reagują z trzema kolejnymi cząsteczkami GAP, tworząc trzy fruktozo-1,6-bisfosforan. Te ostatnie są defosforylowane do fruktozo-6-fosforanu (F6P) pod wpływem enzymu heksozadifosfatazy.

Wreszcie, izomeraza fosforanu glukozy przekształca jedną z trzech cząsteczek F6P w glukozo-6-fosforan, który jest defosforylowany przez odpowiednią fosfatazę do glukozy, kończąc w ten sposób ścieżkę tworzenia heksozy z COdwa.

Regeneracja RuBP

W uprzednio opisanym szlaku utworzone cząsteczki GAP mogą być skierowane na tworzenie heksozy lub na regenerację RuBP. Na każdy obrót ciemnej fazy fotosyntezy cząsteczka RuBP reaguje z jednym z COdwa aby ostatecznie zregenerować RuBP.

Jak opisano w poprzedniej sekcji, na każde sześć zwojów cyklu Calvina powstaje 12 cząsteczek GAP, z których osiem bierze udział w tworzeniu heksozy, pozostawiając cztery dostępne do regeneracji RuBP..

Dwa z tych czterech GAP reagują z dwoma F6P w wyniku działania transketolazy, tworząc dwie ksylulozy i dwa erytrocyty. Ten ostatni wiąże się z dwiema cząsteczkami DHAP, tworząc dwa siedmiowęglowe węglowodany, sedoheptulozo-1,7-bisfosforan.

Sedoheptulozo-1,7-bisfosforan jest defosforylowany, a następnie reaguje z dwoma ostatnimi GAP, tworząc dwie ksylulozy i dwie rybozo-5-fosforan. Te ostatnie są izomeryzowane do rybulozo-5-fosforanu. Z drugiej strony ksylulozy pod działaniem epimerazy przekształcają się w cztery kolejne rybulozy.

Wreszcie sześć utworzonych rybuloz-5-fosforanu jest fosforylowanych przez fosforybulokinazę, dając początek sześciu RuBP.

RuBP można natlenić

Fotooddychanie to „lekki” proces oddychania, który zachodzi wraz z fotosyntezą, jest bardzo aktywny u roślin typu C3 i prawie nieobecny u roślin C4. Podczas tego procesu cząsteczki RuBP nie są redukowane, więc biosynteza heksozy nie zachodzi, ponieważ siła redukująca jest kierowana na redukcję tlenu..

Rubisco wywiera w tym procesie aktywność oksygenazy. Ten enzym ma niskie powinowactwo do COdwa, oprócz tego, że jest hamowany przez tlen cząsteczkowy obecny w komórkach.

Z tego powodu, kiedy komórkowe stężenia tlenu są wyższe niż COdwa, proces fotooddychania może przezwyciężyć karboksylację RuBP przez COdwa. W połowie XX wieku wykazano to, obserwując, że oświetlone rośliny wiązały Odwa i zwolnił COdwa.

W fotooddychaniu RuBP reaguje z Odwa przez działanie Rubisco, tworząc endiolanowy produkt pośredni, który wytwarza 3PG i fosfoglikolan. Ten ostatni jest hydrolizowany przez działanie fosfatazy, powstającej w wyniku glikolanu, który jest następnie utleniany w szeregu reakcji, które zachodzą w peroksysomach i mitochondriach, ostatecznie dając COdwa.

Mechanizmy pozwalające uniknąć natlenienia RuBP

Fotooddychanie to mechanizm, który zakłóca proces fotosyntezy, cofając część jego pracy, poprzez uwalnianie COdwa i używać niezbędnych substratów do produkcji heksoz, zmniejszając w ten sposób tempo wzrostu roślin.

Niektórym roślinom udało się uniknąć negatywnych skutków natlenienia RuBP. Na przykład w roślinach C4 zachodzi wcześniejsze wiązanie COdwa, koncentrując go w komórkach fotosyntetycznych.

W tego typu zakładzie COdwa jest utrwalany w komórkach mezofilnych pozbawionych Rubisco, poprzez kondensację z fosfoenolopirogronianem (PEP), wytwarzając szczawiooctan, który przekształca się w jabłczan i przechodzi do otaczających komórek pęczka, gdzie uwalnia COdwa która ostatecznie wchodzi w cykl Calvina.

Z drugiej strony rośliny CAM oddzielają wiązanie COdwa i cykl Calvina w czasie, to znaczy pobierają COdwa w nocy, poprzez otwarcie jej warstwy, magazynowanie jej poprzez metabolizm kwasu gruboszowatego (CAM) poprzez syntezę jabłczanu.

Podobnie jak w roślinach C4, jabłczan przechodzi do komórek otoczki wiązki, aby uwolnić COdwa.

Bibliografia

  1. Berg, J. M., Stryer, L. i Tymoczko, J. L. (2007). Biochemia. Wywrócony.
  2. Campbell, M. K. i Farrell, S. O. (2011). Biochemia. Szósta edycja. Thomson. Brooks / Cole.
  3. Devlin, T. M. (2011). Podręcznik biochemii. John Wiley & Sons.
  4. Koolman, J. i Röhm, K. H. (2005). Biochemia: tekst i atlas. Panamerican Medical Ed..
  5. Mougios, V. (2006). Biochemia ćwiczeń. Human Kinetics.
  6. Müller-Esterl, W. (2008). Biochemia. Podstawy medycyny i nauk przyrodniczych. Wywrócony.
  7. Poortmans, J.R. (2004). Zasady biochemii wysiłku. Karger.
  8. Voet, D. i Voet, J. G. (2006). Biochemia. Panamerican Medical Ed.

Jeszcze bez komentarzy