RIBULOSE-1,5-BISFOSFAAT (RUBP): KENMERKEN, CARBOLIXATIE - CHEMIE - 2026

De ribulose 1,5-difosfaat , vaak afgekort RuBP, is een biologisch molecuul dat fungeert als een substraat in de Calvin cyclus van fotosynthese, waarbij het molecuul waarop het is bevestigd CO ₂ .

In dit proces kan RuBP worden geoxygeneerd of gecarboxyleerd, waardoor het plaats maakt voor de synthese van hexosen en verschillende reacties ondergaat tot zijn eigen regeneratie (recycling). De carboxylering en oxidatie van RuBP wordt uitgevoerd door hetzelfde enzym: ribulose-1,5-bisfosfaat carboxylase / oxygenase (RuBisCO of Rubisco). Bij de regeneratie van dit molecuul vindt de fosforylering van ribulose-5-fosfaat plaats door het enzym fosforibulokinase.

Bron : Benjah-bmm27

kenmerken

RuBP is een ketopentose-achtig molecuul. Deze monosacchariden worden, zoals hun naam aangeeft, gekenmerkt door vijf koolstofatomen met een ketongroep, dat wil zeggen een carbonylgroep in een van de centrale koolstofatomen.

Zoals in de meeste ketosen, wordt de carbonylgroep gevonden op C2, terwijl hydroxylgroepen worden aangetroffen op C3- en C4-koolstofatomen. RuBP is een derivaat van ribulose, waarbij de C1- en C5-koolstofatomen ook hydroxylgroepen hebben. In RuBP worden deze koolstofatomen (C1 en C5) geactiveerd door twee fosfaatgroepen op de respectievelijke locaties.

Carboxylering van RuBP

In de eerste fase van de Calvin-cyclus zorgt een enzym genaamd fosforibulokinase ervoor dat de fosforylering van ribulose-5-fosfaat RuBP genereert. Vervolgens treedt carboxylering op door de werking van het Rubisco-enzym.

Bij de carboxylering van RuBP werkt het als een CO ₂ -acceptor en bindt het aan het molecuul om twee moleculen 3-fosfoglyceraat (3PG) te vormen. Tijdens deze reactie wordt een endiolaat tussenproduct gevormd door het proton op te nemen uit de C3-koolstof van RuBP.

Endiolaat genereert een nucleofiele aanval op CO _{2 en} vormt een β-oxozuur dat snel wordt aangevallen door H ₂ O op zijn C3-koolstof. Het product van deze aanval ondergaat een reactie die erg lijkt op een aldolbreuk, waarbij twee 3PG-moleculen worden gegenereerd, waarvan er één de koolstof uit CO ₂ draagt .

Het Rubisco-enzym dat deze reactie uitvoert, is een groot enzym dat uit acht gelijke subeenheden bestaat. Dit enzym wordt beschouwd als een van de meest voorkomende eiwitten op aarde en vertegenwoordigt ongeveer 15% van de totale eiwitten in chloroplasten.

Zoals de naam aangeeft (ribulosebisfosfaatcarboxylase / oxygenase), kan Rubisco zowel de carboxylering als de oxidatie van RuBP katalyseren, doordat het kan reageren met zowel CO ₂ als O ₂ .

RuBP bij de vorming van glucose

Bij groene planten produceert fotosynthese ATP en NADPH in de lichte fase. Deze moleculen worden gebruikt voor de reductie van CO ₂ en vormen gereduceerde producten zoals koolhydraten, voornamelijk zetmeel en cellulose.

Zoals vermeld, vindt in de donkere fase van fotosynthese de splitsing van RuBP plaats door de werking van Rubisco, met een verhouding van twee 3PG-moleculen gevormd door elke RuBP. Aan het einde van zes rondes van de Calvin-cyclus vindt de vorming van een hexose (bijvoorbeeld glucose) plaats.

In de zes ronden van deze cyclus reageren zes CO ₂ -moleculen met zes RuBP om 12 moleculen 3PG te vormen. Deze moleculen worden omgezet in 12 BPG (1,3-bisfosfoglyceraat) en vervolgens in 12 GAP.

Van deze 12 GAP-moleculen worden er vijf geïsomeriseerd tot DHAP, waarvan er drie reageren met nog drie GAP-moleculen om drie fructose-1,6-bisfosfaat te vormen. De laatste worden gedefosforyleerd tot fructose-6-fosfaat (F6P) door de werking van het enzym hexosadifosfatase.

Ten slotte zet een glucosefosfaatisomerase een van de drie F6P-moleculen om in glucose-6-fosfaat, dat door zijn respectievelijke fosfatase wordt gedefosforyleerd tot glucose, waardoor het pad van de vorming van een hexose uit CO ₂ wordt voltooid .

RuBP-regeneratie

In de eerder beschreven route kunnen de gevormde GAP-moleculen worden gericht op de vorming van een hexose of op de regeneratie van RuBP. Voor elke draai van de donkere fase van fotosynthese reageert een molecuul RuBP met een van de CO ₂ om uiteindelijk een RuBP te regenereren.

Zoals beschreven in de vorige sectie, worden voor elke zes beurten van de Calvin-cyclus 12 GAP-moleculen gevormd, waarvan er acht betrokken zijn bij de vorming van een hexose, terwijl er nog vier beschikbaar zijn voor de regeneratie van RuBP.

Twee van deze vier GAP's reageren met twee F6P's door de werking van een transketolase om twee xylulosen en twee erytrocyten te vormen. De laatste binden aan twee DHAP-moleculen om twee koolhydraten met zeven koolstofatomen te produceren, sedoheptulose-1,7-bisfosfaat.

Het sedoheptulose-1,7-bisfosfaat wordt gedefosforyleerd en reageert vervolgens met de laatste twee GAP's om twee xylulosen en twee ribose-5-fosfaten te vormen. De laatste worden geïsomeriseerd tot ribulose-5-fosfaat. Aan de andere kant worden xylulosen, door de werking van een epimerase, omgezet in nog vier ribuloses.

Ten slotte worden de zes gevormde ribuloses-5-fosfaat gefosforyleerd door fosforibulokinase om zes RuBP's te geven.

RuBP kan worden geoxygeneerd

Fotorespiratie is een "licht" ademhalingsproces dat samen met fotosynthese plaatsvindt, zeer actief is in C3-type planten en bijna afwezig is in C4-planten. Tijdens dit proces worden de RuBP-moleculen niet gereduceerd, dus hexose-biosynthese vindt niet plaats, omdat het reducerende vermogen wordt omgeleid naar zuurstofreductie.

Rubisco oefent in dit proces zijn oxygenase-activiteit uit. Dit enzym heeft een lage affiniteit voor CO ₂ en wordt bovendien geremd door de moleculaire zuurstof die in cellen aanwezig is.

Daarom kan, wanneer cellulaire zuurstofconcentraties hoger zijn dan die van CO ₂ , het proces van fotorespiratie de carboxylering van RuBP door CO ₂ overwinnen . In het midden van de 20e eeuw werd dit aangetoond door te observeren dat verlichte planten O ₂ vastlegden en CO ₂ vrijgaven .

Bij fotorespiratie reageert RuBP met O ₂ door de werking van Rubisco en vormt een endiolaat tussenproduct dat 3PG en fosfoglycolaat produceert. Dit laatste wordt gehydrolyseerd door de werking van een fosfatase, waardoor glycolaat ontstaat dat vervolgens wordt geoxideerd door een reeks reacties die optreden in peroxisomen en mitochondriën en uiteindelijk CO ₂ oplevert .

Mechanismen om oxygenatie van RuBP te voorkomen

Fotorespiratie is een mechanisme dat het fotosyntheseproces verstoort en een deel van het werk ongedaan maakt door CO _{2 vrij te maken} en de substraten te gebruiken die nodig zijn voor de productie van hexosen, waardoor de groeisnelheid van planten wordt vertraagd.

Sommige planten zijn erin geslaagd de negatieve effecten van de zuurstofvoorziening van RuBP te vermijden. In C4-planten vindt bijvoorbeeld de eerdere fixatie van CO ₂ plaats , waarbij het wordt geconcentreerd in fotosynthetische cellen.

In dit type planten wordt CO ₂ gefixeerd in mesofiele cellen die Rubisco missen, door condensatie met fosfoenolpyruvaat (PEP), waarbij oxaalacetaat wordt geproduceerd dat wordt omgezet in malaat en overgaat naar de omringende cellen van de bundel, waar het CO ₂ vrijgeeft dat komt uiteindelijk in de Calvijn-cyclus.

CAM-planten, aan de andere kant, scheiden de fixatie van CO ₂ en de Calvin-cyclus in de tijd, dat wil zeggen dat ze de CO ₂ 's nachts opnemen via de opening van hun stromata en het opslaan via de Metabolisme van Crassulacean-zuur (CAM) door malaatsynthese.

Net als bij C4-planten gaat malaat in de omhullingscellen van de bundel om CO _{2 vrij te maken} .

Referenties

1. Berg, JM, Stryer, L., en Tymoczko, JL (2007). Biochemie. Ik draaide me om.
2. Campbell, MK en Farrell, SO (2011). Biochemie. Zesde editie. Thomson. Brooks / Cole.
3. Devlin, TM (2011). Textbook of biochemistry. John Wiley & Sons.
4. Koolman, J., en Röhm, KH (2005). Biochemie: tekst en atlas. Panamerican Medical Ed.
5. Mougios, V. (2006). Oefen biochemie uit. Menselijke kinetiek.
6. Müller-Esterl, W. (2008). Biochemie. Fundamentals voor geneeskunde en levenswetenschappen. Ik draaide me om.
7. Poortmans, JR (2004). Principes van bewegingsbiochemie. Karger.
8. Voet, D., & Voet, JG (2006). Biochemie. Pan American Medical Ed