- Caracteristicas
- Carboxilação de RuBP
- RuBP na formação de glicose
- Regeneração RuBP
- RuBP pode ser oxigenado
- Mecanismos para evitar a oxigenação de RuBP
- Referências
A ribulose 1,5-difosfato, vulgarmente abreviado RuBP, é uma molécula biológica que actua como um substrato no ciclo de Calvin da fotossíntese, sendo a molécula sobre a qual é fixado o CO 2.
Nesse processo, o RuBP pode ser oxigenado ou carboxilado, dando lugar à síntese de hexoses e passando por diversas reações até sua própria regeneração (reciclagem). A carboxilação e oxidação de RuBP são realizadas pela mesma enzima: ribulose-1,5-bisfosfato carboxilase / oxigenase (RuBisCO ou Rubisco). Na regeneração dessa molécula, ocorre a fosforilação da ribulose-5-fosfato pela enzima fosforibuloquinase.
Fonte : Benjah-bmm27
Caracteristicas
RuBP é uma molécula semelhante à cetopentose. Esses monossacarídeos são caracterizados, como o nome indica, por possuírem cinco carbonos com um grupo cetona, ou seja, um grupo carbonila em um dos carbonos centrais.
Como na maioria das cetoses, o grupo carbonila é encontrado em C2, enquanto os grupos hidroxila são encontrados nos carbonos C3 e C4. RuBP é um derivado da ribulose, onde os carbonos C1 e C5 também possuem grupos hidroxila. No RuBP, esses carbonos (C1 e C5) são ativados por dois grupos fosfato localizados nos respectivos locais.
Carboxilação de RuBP
No primeiro estágio do ciclo de Calvin, uma enzima chamada fosforibulocinase causa a fosforilação da ribulose-5-fosfato para gerar RuBP. Posteriormente, ocorre a carboxilação, devido à ação da enzima Rubisco.
Na carboxilação do RuBP, ele atua como aceptor de CO 2, ligando-se à referida molécula para formar duas moléculas de 3-fosfoglicerato (3PG). Durante esta reação, um intermediário endiolado é formado pela absorção do próton do carbono C3 de RuBP.
Endiolate gera um ataque nucleofílico ao CO 2, formando um β-oxoácido que é rapidamente atacado por H 2 O em seu carbono C3. O produto desse ataque sofre uma reação muito semelhante a uma ruptura aldólica, gerando duas moléculas de 3PG, uma das quais carrega o carbono do CO 2.
A enzima Rubisco que realiza essa reação é uma grande enzima, composta de oito subunidades iguais. Essa enzima é considerada uma das proteínas mais abundantes do planeta, representando aproximadamente 15% do total de proteínas dos cloroplastos.
Como o próprio nome indica (Ribulose bisfosfato carboxilase / oxigenase), a Rubisco pode catalisar tanto a carboxilação quanto a oxidação de RuBP, sendo capaz de reagir tanto com CO 2 quanto com O 2.
RuBP na formação de glicose
Em plantas verdes, a fotossíntese produz ATP e NADPH na fase leve. Essas moléculas são utilizadas para realizar a redução de CO 2 e formar produtos reduzidos, como carboidratos, principalmente amido e celulose.
Como mencionado, na fase escura da fotossíntese, a clivagem do RuBP ocorre pela ação do Rubisco, com uma proporção de duas moléculas de 3PG formadas por cada RuBP. Na conclusão de seis rodadas do ciclo de Calvin, ocorre a formação de uma hexose (por exemplo, glicose).
Nas seis rodadas desse ciclo, seis moléculas de CO 2 reagem com seis de RuBP para formar 12 moléculas de 3PG. Essas moléculas são transformadas em 12 BPG (1,3-bisfosfoglicerato) e depois em 12 GAP.
Destas 12 moléculas de GAP, cinco são isomerizadas para DHAP, das quais três reagem com mais três moléculas de GAP para formar três frutose-1,6-bisfosfato. Os últimos são desfosforilados em frutose-6-fosfato (F6P) pela ação da enzima hexosadifosfatase.
Finalmente, uma glicose fosfato isomerase converte uma das três moléculas F6P em glicose-6-fosfato, que é desfosforilada por sua respectiva fosfatase em glicose, completando assim o caminho de formação de uma hexose a partir do CO 2.
Regeneração RuBP
Na via descrita anteriormente, as moléculas de GAP formadas podem ser direcionadas para a formação de uma hexose ou para a regeneração de RuBP. Para cada volta da fase escura da fotossíntese, uma molécula de RuBP reage com uma de CO 2 para finalmente regenerar um RuBP.
Conforme descrito na seção anterior, para cada seis voltas do ciclo de Calvin 12 moléculas GAP são formadas, das quais oito estão envolvidas na formação de uma hexose, com quatro restantes disponíveis para a regeneração do RuBP.
Dois desses quatro GAPs reagem com dois F6Ps por meio da ação de uma transcetolase para formar duas xiluloses e dois eritrócitos. Este último se liga a duas moléculas de DHAP para produzir dois carboidratos de sete carbonos, a sedoheptulose-1,7-bifosfato.
A sedoheptulose-1,7-bisfosfato é desfosforilada e então reage com os dois últimos GAPs para formar duas xiluloses e duas ribose-5-fosfato. Os últimos são isomerizados em ribulose-5-fosfato. Já as xiluloses, pela ação de uma epimerase, são transformadas em mais quatro ribuloses.
Finalmente, as seis ribuloses-5-fosfato formadas são fosforiladas pela fosforibulocinase para dar origem a seis RuBPs.
RuBP pode ser oxigenado
A fotorrespiração é um processo de respiração "leve" que ocorre junto com a fotossíntese, sendo muito ativa nas plantas do tipo C3 e quase ausente nas plantas C4. Durante este processo, as moléculas de RuBP não são reduzidas, portanto a biossíntese da hexose não ocorre, pois o poder redutor é desviado para a redução do oxigênio.
A Rubisco exerce sua atividade oxigenase neste processo. Essa enzima possui baixa afinidade para o CO 2, além de ser inibida pelo oxigênio molecular presente nas células.
Por isso, quando as concentrações celulares de oxigênio são maiores que as de CO 2, o processo de fotorrespiração pode superar a carboxilação do RuBP pelo CO 2. Em meados do século 20, isso foi demonstrado pela observação de que as plantas iluminadas fixavam O 2 e liberavam CO 2.
Na fotorrespiração, o RuBP reage com o O 2 através da ação da Rubisco, formando um intermediário endiolado que produz 3PG e fosfoglicolato. Este último é hidrolisado pela ação de uma fosfatase, dando origem ao glicolato que é posteriormente oxidado por uma série de reações que ocorrem nos peroxissomos e nas mitocôndrias, resultando finalmente no CO 2.
Mecanismos para evitar a oxigenação de RuBP
A fotorrespiração é um mecanismo que interfere no processo de fotossíntese, desfazendo parte de seu trabalho, ao liberar CO 2 e utilizar os substratos necessários para a produção de hexoses, desacelerando o crescimento das plantas.
Algumas plantas conseguiram evitar os efeitos negativos da oxigenação do RuBP. Em plantas C4, por exemplo, ocorre a fixação prévia de CO 2, concentrando-o nas células fotossintéticas.
Nesse tipo de planta, o CO 2 é fixado em células mesófilas carentes de Rubisco, por condensação com fosfoenolpiruvato (PEP), produzindo oxaloacetato que se transforma em malato e passa para as células circunvizinhas do feixe, onde libera o CO 2 que finalmente entra no ciclo de Calvin.
As plantas CAM, por sua vez, separam a fixação de CO 2 e o ciclo de Calvin no tempo, ou seja, realizam a captação de CO 2 à noite, através da abertura de seus estroma, armazenando-o através do Metabolismo do ácido crassuláceo (CAM) através da síntese de malato.
Como nas plantas C4, o malato passa para as células da bainha do feixe para liberar CO 2.
Referências
- Berg, JM, Stryer, L., & Tymoczko, JL (2007). Bioquímica. Eu inverti.
- Campbell, MK, & Farrell, SO (2011). Bioquímica. Sexta edição. Thomson. Brooks / Cole.
- Devlin, TM (2011). Livro didático de bioquímica. John Wiley & Sons.
- Koolman, J., & Röhm, KH (2005). Bioquímica: texto e atlas. Panamerican Medical Ed.
- Mougios, V. (2006). Bioquímica do exercício. Cinética Humana.
- Müller-Esterl, W. (2008). Bioquímica. Fundamentos de medicina e ciências da vida. Eu inverti.
- Poortmans, JR (2004). Princípios da bioquímica do exercício. Karger.
- Voet, D., & Voet, JG (2006). Bioquímica. Pan American Medical Ed