Download - Fotosüntees: Calvini tsükkel
![Page 1: Fotosüntees: Calvini tsükkel](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022013105/56813e76550346895da893a6/html5/thumbnails/1.jpg)
Fotosüntees: Calvini tsükkel
16.09.2004
![Page 2: Fotosüntees: Calvini tsükkel](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022013105/56813e76550346895da893a6/html5/thumbnails/2.jpg)
Järgmine loeng- Mitokondriaalne hingamisahel
Enne loengutMeelde tuletada:
Membraanilipiidide struktuurRedoksreaktsioonid, redokspotentsiaalKoensüümide NADH ja FADH2 struktuurid
![Page 3: Fotosüntees: Calvini tsükkel](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022013105/56813e76550346895da893a6/html5/thumbnails/3.jpg)
glycerate 3-P
Calvini eksperiment:Chlorella kultuuri märgiti 14CO2 abi lühikeste pulssidega ja analüüsiti esimesi CO2 fikseerimise produkte paberkromatograafia ja autoradiograafia abil.
![Page 4: Fotosüntees: Calvini tsükkel](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022013105/56813e76550346895da893a6/html5/thumbnails/4.jpg)
Fotosüntees- toimub kloroplastidesValgusreaktsioonid + pimereaktsioonid
Valgusreaktsioonid: valguse energia salvestamineATP fosfoanhüdriidsidemete kujulNADPH redutseeriv jõud
Valgusreaktsioonides osalevad valgud ja pigmendid, mis asuvad tülakoidi membraanides
Pimereaktsioonid- Calvini tsükkelATP ja NADPH kasutatakse selleks, et fikseerida CO2 ja redutseerida süsinik süsivesiku kujulCalvini tsükli ensüümid paiknevad stroomas, mis on analoogiline kompartment mitokondri maatriksile
![Page 5: Fotosüntees: Calvini tsükkel](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022013105/56813e76550346895da893a6/html5/thumbnails/5.jpg)
cytochrome complex
photosystem 1, LHC
NADPH
ATPase
Fd
PC
H2O ½ O2 + 2H+
2H+
ADP + Pi
ATP
PQ
2H+Calvincycle
stroma pH 8
lumen pH 4
Fd-NADP reductase
light light
photosystem 2, H2O splitting, LHC
Photosynthetic electron transport and ATP synthesis
4H+
2e
![Page 6: Fotosüntees: Calvini tsükkel](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022013105/56813e76550346895da893a6/html5/thumbnails/6.jpg)
Ribuloos bisfosfaadi karboksülaas (RuBP karboksülaas),Katalüüsib CO2 fikseerimist:Ribuloos-1,5-bisfosfaat + CO2 2 3-fosfoglütseraati RuBP (3PG)
Alternatiivina katalüüsib sama ensüüm oksügenaasi reaktsiooni, seetõttu nimetatakse teda RuBP karboksülaas/oksügenaas
(RuBisCO)
RuBisCo on kõige enamlevinud ensüüm Maal
Ribulose-1,5-bisphosphate(RuBP)
OH
H2C
CH
C
C
OHH
H2C OPO32-
OPO32-
O
3-Phosphoglycerate(3PG)
OH
H2C
CH
COO
OPO 32-
-
![Page 7: Fotosüntees: Calvini tsükkel](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022013105/56813e76550346895da893a6/html5/thumbnails/7.jpg)
RuBP karboksülaasi postuleeritud mehhanism:
H+ eemaldamise tulemusel C3 süsiniku küljest moodustub vaheühendina enediolaat
CO2 molekuli nukleofiilne atakk tekitab -ketohappe vormis vaheühendi, mis reageerib veega ja millest selle tulemusel tekib 2 molekuli 3-fosfoglütseraati
O H
H 2 C
CH
C
C
O HH
H 2 C O P O 32
O P O 32
O
O H
H 2 C
CH
C
C
O H
H 2 C O P O 32
O P O 32
O
H +O H
H 2 C
CH
C
C
O
H 2 C O P O 32
O P O 32
H O C O 2
C O 2
O H
H 2 C
CH
C
O P O 32
O O
H 2 O
1
5
4
3
2
r ib u lo se -1 ,5 - e n e d io la te -k e to 3 -p h o sp h o g ly c e ra te b isp h o sp h a te in te rm e d ia te in te rm e d ia te (2 )
![Page 8: Fotosüntees: Calvini tsükkel](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022013105/56813e76550346895da893a6/html5/thumbnails/8.jpg)
Taimedes on RuBisCo multimeerne valk koosseisuga L8S88 suurt subühikut (L, 477 aminohappe jääki)8 väikest subühikut (S, 123 aminohappe jääki)
Mõnedes bakterites on olemas ainult suur subühik, kompleks homodimeer
Suure ja väikese subühiku spetsiifilised funktsioonid pole selged. On võimalik, et subühikute vahelised interaktsioonid reguleerivad katalüüsi.
RuBisCO PDB 1RCX
RuBisCO PDB 1RCX
![Page 9: Fotosüntees: Calvini tsükkel](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022013105/56813e76550346895da893a6/html5/thumbnails/9.jpg)
ribulose-1,5-bisphosphate
PDB 1RCX
2L & 2S subunits
of RuBisCO
RuBisCO L subühikud paiknevad antiparalleelsete dimeeridena, ühe monomeeri N-terminaalne domeen on teise subühiku C-terminaalse domeeni kõrval
Aktiivsaidid paiknevad kahe subühiku vahelisel piirpinnal, mis seletab ka selle, miks on valk multimeerneSubstraadi sidumise sait paikneb L subühiku -tünni struktuuri suudmes
![Page 10: Fotosüntees: Calvini tsükkel](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022013105/56813e76550346895da893a6/html5/thumbnails/10.jpg)
RuBP karboksülaasi aktiivne vorm sisaldab karbamaadina modifitseeritud Lys jääki, mis seob Mg2+ iooni aktiivtsentrisse
Karbamaat omakorda moodustub Mg2+ juuresolekul Lys jäägi -aminorühmaga reaktsioonis HCO3
-ga.
HCO3-, mis tekitab karbamaadi ei ole RUBP karboksülaasi substraat
C a r b a m a t e F o r m a t i o n w i t h R u B P C a r b o x y l a s e A c t i v a t i o n
Ly s N H 3+ Enz
HN C
O
O
+ H C O 3 + H 2 O + H +
![Page 11: Fotosüntees: Calvini tsükkel](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022013105/56813e76550346895da893a6/html5/thumbnails/11.jpg)
RuBP või üleminekuoleku analoogi seondumine RuBP karboksülaasiga tekitab konformatsioonilise muutuse, mille tagajärjel moodustub “suletud” vorm. Suletud vormi aktiivsaidile vesi juurde ei pääse.
RuBisCo võib spontaanselt deaktiveeruda dekarbamoüleerimise tagajärjel
Karbamaati mittesisaldav RuBisCo vorm seob tugevalt ribuloosbisfosfaati aktiivsaiti nn. tupik kompleksi, millel on suletud konformatsioon ja mis on katalüüsis inaktiivne
Selleks, et karbamaat uuesti moodustuks, peab ensüüm võtma avatud konformatsiooni
![Page 12: Fotosüntees: Calvini tsükkel](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022013105/56813e76550346895da893a6/html5/thumbnails/12.jpg)
RuBP karboksülaasi aktivaas- ATP hüdrolüüsiv ensüüm (ATPaas), mis viib RuBP karboksülaasi üle suletud vormist avatud vormi kujule.
Selle tulemusena vabaneb RuBP või mõni teine fosforüülitud suhkur ensüümi aktiivsaidist ning on võimalik karbamaadi moodustumine Lys jäägi külge.
ATP- saadakse eelkõige fotosünteetiliselt, seega on ATP sõltuv RuBisCo aktivatsioon näide valgussõltuvast ensüümi aktivatsioonist
RuBisCo aktivaas on nn. AAA klassi ATPaasi esindaja,. Sellesse klassi kuuluvad paljud tshaperoni aktiivsusega valgud. RuBisCo aktivaas on suur valkkompleks , mis võib aktiveerimise ajal ümbritseda RuBisCo
![Page 13: Fotosüntees: Calvini tsükkel](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022013105/56813e76550346895da893a6/html5/thumbnails/13.jpg)
Fotorespiratsioon
O2 konkureerib CO2-ga RuBisCo aktiivsaiti seondumise pärast, seda eriti juhul kui CO2 kontsentratsioon on madal ja O2 kontsentratioon kõrge.O2 reageerimise tulemusel RBP-ga moodustuvad 3-fosfoglütseraat ja 2C ühend 2-fosfoglükolaatProtsess kannab fotorespiratsiooni nime. Selleks et süsinik 2-fosfoglükolaadist tagasi 3-fosfoglütseraadiks konverteerida kulub ATPd ja NADH-d
OH
H 2 C
CH
COO
OPO 32
H 2 C
C
OPO 32
O O
3 - p h o s p h o - p h o s p h o g l y c o l a t e g l y c e r a t e
![Page 14: Fotosüntees: Calvini tsükkel](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022013105/56813e76550346895da893a6/html5/thumbnails/14.jpg)
Enamik taimi on C3 tüüpi, mis fikseerivad CO2 üle RuBisCo, tekib 3C ühend 3-fosfoglütseraat
Mõned, C4 taimed, fikseerivad CO2 alguses PEP karboksüleerimise teel PEP karboksülaadi abil, tekib 4C ühend oksaalatsetaat
Oksaalatsetaat konverteeritakse teisteks 4C ühenditeks, mis liiguvad fotosünteesivatesse rakkudesse. Seal vabaneb CO2 dekarboksüleerumise teel
O2C C CH2
OPO32
O2C C CH2
O
CO2+ HCO3
+ Pi
phosphoenolpyruvate oxaloacetate (PEP)
PEP Carboxylase
C4 taimedes saavutatakse kõrge CO2/O2 suhe fotosünteesivates rakkudes ja sellega minimaliseeritakse fotorespiratsioon
![Page 15: Fotosüntees: Calvini tsükkel](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022013105/56813e76550346895da893a6/html5/thumbnails/15.jpg)
OH
H 2 C
CH
COO
OPO 32
OH
H 2 C
CH
CO PO 3
2 O
OPO 32
OH
H 2 C
CH
CHO
OPO 32
A T P A D P N A D P H N A D P +
P i
1 , 3 - b i s p h o s p h o - g l y c e r a t e
3 - p h o s p h o - g l y c e r a t e
g l y c e r a l d e h y d e - 3 - p h o s p h a t e
P h o s p h o g l y c e r a t e K i n a s e
G l y c e r a l d e h y d e - 3 - p h o s p h a t e D e h y d r o g e n a s e
Calvini tsükli jätk: Normaalne RuBP karboksülaasi produkt 3-fosfoglütseraat konverteeritakse glütseeraldehüüd 3-fosfaadiksFosfoglütseraadi kinaas katalüüsib Pi ülekannet ATP koosseisust 3-fosfoglütseraadi karboksüülile, tekib 1,3-bisfosfoglütseraat
![Page 16: Fotosüntees: Calvini tsükkel](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022013105/56813e76550346895da893a6/html5/thumbnails/16.jpg)
OH
H 2 C
CH
COO
OPO 32
OH
H 2 C
CH
CO PO 3
2 O
OPO 32
OH
H 2 C
CH
CHO
OPO 32
A T P A D P N A D P H N A D P +
P i
1 , 3 - b i s p h o s p h o - g l y c e r a t e
3 - p h o s p h o - g l y c e r a t e
g l y c e r a l d e h y d e - 3 - p h o s p h a t e
P h o s p h o g l y c e r a t e K i n a s e
G l y c e r a l d e h y d e - 3 - p h o s p h a t e D e h y d r o g e n a s e
Glütseeraldehüüd-3-P dehüdrogenaas katalüüsib 1,3BPG karboksüüli redutseerimist aldehüüdiks koos Pi eraldumisega. Tekib glütseeraldehüüd-3-P
Analoogiline ensüüm katalüüsib pöördreaktsiooni glükolüüsil. Kloroplastis olev dehüdrogenaas kasutab kofaktorina NADPH elektronide doonorina, tsütosoolis kasutatakse aga NADH+ elektronide akseptorina
![Page 17: Fotosüntees: Calvini tsükkel](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022013105/56813e76550346895da893a6/html5/thumbnails/17.jpg)
Glütseeraldehüüd-3-fosfaat konverteeritakse tagasi ribuloos-1,5-bisfosfaadiks
Kasutatavad ensüümid: trioosfosfaadi isomeraas aldolaasfruktoos bisfosfataas seduheptuloos bisfosfataastransketolaas epimeraasriboosfosfaadi isomeraas fosforibulokinaas
Enamus ensüüme meenutavad glükolüüsi, pentoosfosfaadi raja ja glükoneogeneesi raja ensüüme
Erinevalt glükolüüsist jt eelpool mainitud radadest toimub Calvini tsükkel stroomas
Protsess sarnaneb tagurpidi kulgeva pentoosfosfaadi rajaga
![Page 18: Fotosüntees: Calvini tsükkel](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022013105/56813e76550346895da893a6/html5/thumbnails/18.jpg)
Summaarne C liikumine Calvini tsüklis:
3 5-C ribuloos-1,5-bisfosfaati (kokku 15C) karboksüleeritakse (juurde 3C), tehakse katki, fosforüülitakse, redutseeritakse ja defosforüülitakse
Tekib 6 3-C glütseeraldehüüd-3-fosfaati (kokku 18C)
1 3C glütseeraldehüüd 3-fosfaat väljub produktina
5 3-c flütseeraldehüüd-3-fosfaati rtsükleeritakse tagasi 3-ks 5-C ribuloos-1,5-bisfofaadiks.
C3 + C3 C6C3 + C6 C4 + C5C3 + C4 C7C3 + C7 C5 + C5
Kokku 5C3 3C5
![Page 19: Fotosüntees: Calvini tsükkel](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022013105/56813e76550346895da893a6/html5/thumbnails/19.jpg)
TK
EP
PK
glyceraldehyde-3-P dihydroxyacetone-P
fructose-6-P
xyulose-5-P + erythrose-4-P
sedoheptulose-7-P
xylulose-5-P + ribose-5-P
(3) ribulose-5-P
(3) ribulose-1,5-bis-P
TI
TK
AL, FB
IS
AL, SB
TI- trioosfosfaaadi isomeraasAL- aldolaasFB- fruktoos-1,6-bisfosfataasSB- seduheptuloos-bisfosfataasTK-transketolaasEP-epimeraasIS-isomeraasPK-fosforibulokinaas
![Page 20: Fotosüntees: Calvini tsükkel](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022013105/56813e76550346895da893a6/html5/thumbnails/20.jpg)
KOKKU
g l y c e r a l d e h y d e - 3 - p h o s p h a t e
OH
H 2 C
CH
CHO
OPO 32 OCO
c a r b o n d i o x i d e
3 CO2 + 9 ATP + 6 NADPH glütseeraldehüüd-3-fosfaat + 9 APD + 8Pi + 6NADP+
Taimerakud kasutavad glütseeraldehüüd-3-fosfaati C allikana rasvhapete ja aminohapete sünteesiks
![Page 21: Fotosüntees: Calvini tsükkel](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022013105/56813e76550346895da893a6/html5/thumbnails/21.jpg)
Calvini tsükkel on reguleeritud nii, et reaktsioonid toimuvad valges ja on inhibeeritud pimedas, et vältida asjatut futiilse tsükli teket glükolüüsi ja pentoosfosfaadi raja ensüümidega
1. Stroomas tekib aluseline pH elektronide ülekandeahela töö tagajärjelaluseline pH aktiveerib RuBisCo, fruktoos-1,6-bisfosfataasi
ja sedoheptuloos bisfosfataasi
2. H+ pumpamine käivitab Mg2+ likumise stroomasse, mis on vajalik RuBisCo aktiivtsentris