RIBULOZA-1,5-BISFOSFAT (RUBP): CARACTERISTICI, CARBOLIXARE - CHIMIE - 2025

Ribulozo 1,5-difosfat , prescurtată în mod uzual RuBP, este o moleculă biologică care acționează ca un substrat în ciclul Calvin al fotosintezei, fiind molecula pe care este fixat de CO ₂ .

În acest proces, RuBP poate fi oxigenat sau carboxilat, dând loc sintezei hexozelor și suferind diverse reacții până la propria regenerare (reciclare). Carboxilarea și oxidarea RuBP este realizată de aceeași enzimă: ribuloză-1,5-bisfosfat carboxilază / oxigenază (RuBisCO sau Rubisco). În regenerarea acestei molecule, fosforilarea ribulozei-5-fosfatului are loc de enzima fosforibulokinaza.

Sursa : Benjah-bmm27

caracteristici

RuBP este o moleculă asemănătoare ketopentezei. Aceste monosacharide sunt caracterizate, așa cum indică numele lor, prin faptul că au cinci atomi de carbon cu o grupare cetonă, adică o grupare carbonilă într-unul dintre carbunii centrali.

La fel ca în majoritatea cetetozelor, gruparea carbonilă se găsește la C2, în timp ce grupările hidroxil se găsesc la carbonii C3 și C4. RuBP este un derivat al ribulozei, unde carbonii C1 și C5 au și grupări hidroxil. În RuBP acești cărbuni (C1 și C5) sunt activate de două grupări fosfat localizate în siturile respective.

Carboxilarea RuBP

În prima etapă a ciclului Calvin, o enzimă numită fosforibulokinaza determină fosforilarea ribulozei-5-fosfatului pentru a genera RuBP. Ulterior, se produce carboxilarea, datorită acțiunii enzimei Rubisco.

În carboxilarea RuBP, acționează ca un acceptor de CO ₂ , legându-se de molecula menționată pentru a forma două molecule de 3-fosfoglicrat (3PG). În timpul acestei reacții se formează un intermediar endiolat prin preluarea protonului din carbonul C3 al RuBP.

Endiolate generează un atac nucleofil asupra CO _2, formând o β-oxoacid , care este atacat rapid de H ₂ O la carbon sau C3. Produsul acestui atac suferă o reacție foarte asemănătoare cu o ruptură de aldol, generând două molecule de 3PG, dintre care una transportă carbonul din CO ₂ .

Enzima Rubisco care realizează această reacție este o enzimă mare, formată din opt subunități egale. Această enzimă este considerată una dintre cele mai abundente proteine ​​de pe Pământ, reprezentând aproximativ 15% din totalul proteinelor din cloroplaste.

După cum indică numele (ribulozo bisfosfat carboxilaza / oxigenază), Rubisco poate cataliza atât carboxilarea și oxidarea RuBP, fiind capabil să reacționeze cu ambele CO ₂ și O ₂ .

RuBP în formarea glucozei

La plantele verzi, fotosinteza produce ATP și NADPH în faza ușoară. Aceste molecule sunt utilizate pentru a realiza reducerea CO ₂ și pentru a forma produse reduse, cum ar fi carbohidrații, în mare parte amidon și celuloză.

Așa cum am menționat, în faza întunecată a fotosintezei, clivajul RuBP apare prin acțiunea lui Rubisco, cu un raport de două molecule 3PG formate de fiecare RuBP. La finalizarea a șase runde ale ciclului Calvin, apare formarea unei hexoze (de exemplu, glucoză).

În cele șase runde ale acestui ciclu, șase molecule de CO ₂ reacționează cu șase ruBP pentru a forma 12 molecule de 3PG. Aceste molecule sunt transformate în 12 BPG (1,3-bisfosfoglicrat) și apoi în 12 GAP.

Dintre aceste 12 molecule GAP, cinci sunt izomerizate la DHAP, dintre care trei reacționează cu alte trei molecule GAP pentru a forma trei fructoză-1,6-bifosfat. Acestea din urmă sunt defosforilate cu fructoza-6-fosfat (F6P) prin acțiunea enzimei hexosadifosfatază.

În cele din urmă, o izomerază de fosfat de glucoză transformă una dintre cele trei molecule F6P în glucoză-6-fosfat, care este defosforilată de fosfataza respectivă în glucoză, completând astfel calea formării hexozei din CO ₂ .

Regenerare RuBP

În calea descrisă anterior, moleculele GAP formate pot fi direcționate către formarea unei hexoze sau spre regenerarea RuBP. Pentru fiecare rotație a fazei întunecate a fotosintezei, o moleculă de RuBP reacționează cu unul din CO ₂ pentru a regenera definitiv un RuBP.

Așa cum s-a descris în secțiunea precedentă, pentru fiecare șase rânduri ale ciclului Calvin se formează 12 molecule GAP, dintre care opt sunt implicate în formarea unei hexoze, rămânând patru disponibile pentru regenerarea RuBP.

Două dintre aceste patru GAP reacționează cu două F6P prin acțiunea unei transketolase pentru a forma două xiluloze și două eritrocite. Acestea din urmă se leagă la două molecule DHAP pentru a produce doi carbohidrați de șapte carbon, sedoheptuloza-1,7-bifosfat.

Sedoheptuloza-1,7-bifosfat sunt defosforilate și apoi reacționează cu ultimele două GAP pentru a forma două xiluloze și două riboză-5-fosfat. Acestea din urmă sunt izomerizate la ribuloză-5-fosfat. Pe de altă parte, xilulozele, prin acțiunea unei epimeraze, sunt transformate în alte patru ribuloze.

În cele din urmă, cele șase ribuloze-5-fosfat formate sunt fosforilate de fosforibulokinaza pentru a da naștere la șase RuBP.

RuBP poate fi oxigenat

Fotorepirația este un proces de respirație „ușoară” care apare împreună cu fotosinteza, fiind foarte activă în plantele de tip C3 și aproape absentă în plantele C4. În timpul acestui proces, moleculele RuBP nu sunt reduse, astfel încât biosinteza hexosului nu are loc, deoarece puterea de reducere este deviată către reducerea oxigenului.

Rubisco își exercită activitatea oxigenazei în acest proces. Această enzimă are o afinitate scăzută față de CO ₂ , pe lângă faptul că este inhibată de oxigenul molecular prezent în celule.

Din această cauză, când concentrațiile celulare de oxigen sunt mai mari decât CO ₂ , procesul de fotorepirație poate depăși carboxilarea RuBP cu CO ₂ . La mijlocul secolului XX, acest lucru a fost demonstrat prin observarea faptului că plantele iluminate fixau O ₂ și eliberează CO ₂ .

În fotorepirație, RuBP reacționează cu O ₂ prin acțiunea lui Rubisco, formând un intermediar endiolat care produce 3PG și fosfoglicolat. Acesta din urmă este hidrolizat prin acțiunea unei fosfataze, dând naștere la glicolat care este ulterior oxidat de o serie de reacții care apar în peroxisomi și mitocondrii, obținând în final CO ₂ .

Mecanisme pentru evitarea oxigenării RuBP

Fotorepirația este un mecanism care interferează cu procesul de fotosinteză, desfăcând o parte din activitatea sa, prin eliberarea de CO ₂ și folosind substraturile necesare pentru producerea hexozelor, reducând astfel rata de creștere a plantelor.

Unele plante au reușit să evite efectele negative ale oxigenării RuBP. La plantele C4, de exemplu, are loc fixarea anterioară a CO ₂ , concentrându-l în celule fotosintetice.

În acest tip de plante, CO ₂ este fixat în celulele mezofile care lipsesc Rubisco, prin condensarea cu fosfenolpiruvat (PEP), producând oxaloacetat care este transformat în malat și trece în celulele înconjurătoare ale mănunchiului, unde eliberează CO ₂ care intră în sfârșit în ciclul Calvin.

Plantele CAM, pe de altă parte, separă fixarea CO ₂ și ciclul Calvin în timp, adică realizează absorbția de CO ₂ noaptea, prin deschiderea stromatei lor, depozitându-l prin Metabolismul acidului crassulacean (CAM) prin sinteza malatului.

Ca și în plantele C4, malatul trece în celulele tecii din mănunchi pentru a elibera CO ₂ .

Referințe

1. Berg, JM, Stryer, L., & Tymoczko, JL (2007). Biochimie. Am inversat.
2. Campbell, MK și Farrell, SO (2011). Biochimie. Ediția a șasea. Thomson. Brooks / Cole.
3. Devlin, TM (2011). Cartea de biochimie. John Wiley & Sons.
4. Koolman, J., & Röhm, KH (2005). Biochimie: text și atlas. Editura Medicală Panamericană.
5. Mougios, V. (2006). Exercițiu biochimie. Cinetica umană.
6. Müller-Esterl, W. (2008). Biochimie. Fundamente pentru medicină și științele vieții. Am inversat.
7. Poortmans, JR (2004). Principiile biochimiei exercițiilor. Karger.
8. Voet, D., & Voet, JG (2006). Biochimie. Ed. Pan American Medical