3.2: Fixació CO2 (2014)

Apunte Catalán
Universidad Universidad de Girona (UdG)
Grado Biología - 3º curso
Asignatura Fisiologia Vegetal
Año del apunte 2014
Páginas 3
Fecha de subida 25/11/2014
Descargas 13

Vista previa del texto

3.2: Fixació del CO2 3.2.1: Cicle de reducció del carboni i la seva regulació A partir del poder reductor i l’ATP, en el cicle de Calvin es farà la reducció del C.
Melvin Calvin: El 1961 obté premi Nobel. Descriu el procés amb els enzims, reaccions, etc. Ho va aconseguir treballant amb Clorella, que té avantatges per fer l’estudi ja que té un cicle vital ràpid i fa fotosíntesi com les plantes superiors. La posa en un medi amb C radioactiu i mira les molècules formades amb aquest.
Es fa cromatografies 2D per veure els compostos separats i en principi al ser radioactiu apareixen taques que s’analitzen posteriorment. Per fer-ho es dissolen les taques.
Van anar disminuint el C* i el temps d’exposició a les plantes per arribar a troba la primera molècula que el fixava. Al final va descobrir que era el glicerat trifosfat (3P glicerat, 3C). Un era el radioactiu, per tant d’una molècula de 2C s’incorporava el C. Però per més que buscaven una molècula de 2C no es trobava, en canvi apareixia una molècula de 5 carbonis i els va portar a pensar que 5C + 1CO2  6C  2(3PGA). Ho van descobrir ja que si no hi posaven CO2 el 3PGA disminuïa i s’acumulava la pentosa, és a dir, s’acumulava la pentosa ja que no es produïa 3PGA.
El Cicle de Calvin té lloc a l’estroma. Es va fer in-vitro i després es va mirar a la cèl·lula, és a dir, in-vivo. Té tres etapes (mirar esquema pp): 1) Carboxilació de la pentosa: Es passa el carboni d’inorgànic a orgànic. La pentosa és una Ribulosa-1,5-difosfat amb grup cetònic. L’enzim que ho duu a terme és la ribulosa-1,5-difosfat carboxilasa/oxigenasa o RUBISCO.
Ribulosa -1,5-BP + CO2+ H2O  2(3PGA) Aquest enzim pot fer dues funcions: una és carboxilasa (necessita CO2 per donar el C) i l’altre oxigenasa, és a dir, donar un oxigen.
En el Cicle de Calvin el que interessa és la funció carboxilasa. Fa possible la transformació del C inorgànic a orgànic. És un enzim molt conservat en les espècies autòtrofes. Té estructura de “bota de vi” amb un total de 1 unitats, 8 laterals amb pes molecular elevat i 8 a dalt i a baix de la molècula.
El 50% de proteïnes d’una fulla són la rubisco. Bona part del nitrogen que capta la planta va a la fulla per poder sintetitzar la rubisco. La funció que catalitza fa una molècula intermitja molt inestable i ho fa en 2 passos: Carboxilació i hidròlisi. La molècula intemitja és inestable i per això es produeix hidròlisi. Té energia lliure negativa, per tant, no requereix E i és espontània. Mentre hi hagi rubisco, H2O, substrat (RU 1,5 BP) i CO2 es donarà la reacció. Té alta afinitat per el diòxid de carboni ja que sinó no es donaria la funció carboxilasa, sinó que es faria la oxigenasa ja que a l’atmosfera hi ha molt més oxigen que diòxid de carboni.
L’altre tret de la reacció és que té baixa eficiència comparada amb les reaccions dites anteriorment ja que fa unes 1 o 12 fixacions de CO2 per segon i s’inactiva per sucres-P. La ribulosa 1,5 BP es pot lligar i inactivar la reacció. La xilosa-1 i 2-carboxiarabinitol-1P també.
2) Reducció de 3PGA: es redueix el CO2. Un cop format el fosfoglicerat això s’ha de reduir. Porta un grup carboxílic que és el que es redueix amb 2 reaccions acoblades [incorporació fosfat (cinasa, que necessita ATP) i reducció del glicerat]. Quan el fosfoglicerat passa a gliceraldehid s’ha reduït ja que perd O. La segona reacció necessita ATP i està lligat a la cadena de transport d’electrons.
3) Regeneració de la pentosa: es torna a tenir la molècula inicial. És una etapa anomenada també reordenació molecular. D’una molècula de 3C s’ha d’obtenir una de 5C. Es parteix de 6 trioses (1 surt del cicle, entren 3CO2). El resultat seran 3 molècules de 5C. No gasta ATP ni poder reductor. Només la última reacció necessita E per passar de ribulosa 5P a ribulosa-1,5-BP + ADP. L’enzim s’anomena ribulosa 5P cinasa.
Si una de les etapes no es dóna el cicle queda bloquejat.
Balanç d’energia: 3RuBP + 3CO2 6(3PGA) + 6ATP + 6NADPH 6(3PGA) 1(3PGA) Formació sucre 3ATP 3RuBP S’alliberen 1 O2 perquè prové energia de la cadena de transport. Per cada NADPH s’allibera 1 O2. Per cada diòxid de carboni, un oxigen a la cte.
1CO2  3ATP + 2NADPH  per cada CO2 es necessita això.
Regulació del Cicle de Calvin S’han de regular els enzims. Si no estiguessin regulats es donaria en qualsevol moment i el factor que el regula és la llum, ja que amb la llum es capta el CO2, es produeixen sucres, NADPH, ATP.
Si per exemple a la nit hi ha davallada de sucres el cicle de Calvin s’activaria perquè necessitaria energia i per produir-la necessitarà NADPH i ATP (respiració) i es gastarien sucres per formar més sucres  El cicle de Calvin no tindria sentit.
Per això es regulen els enzims a diferents nivells: a) Expressió gènica: transcripció baixa o augmenta. Com més transcripció més enzim hi ha.
b) Síntesi proteica: traducció c) Regulació post-traduccional: en el mateix enzim segons el que augmenta o disminueix la seva activitat.
Modifiquen propietats cinètiques i l’afinitat d’aquest. Són més lents que els altres dos.
Dins la regulació post-traduccional hi ha:  Canvis no covalents (no canvien l’estructura de l’enzim): o Canvis reversibles en l’estroma provocats per la llum: Hi ha uns enzims, rubisco, 2 fosfatases i la cinasa. Aquests són més actius a pH=8 i hi ha Mg2+ ja que s’allibera de l’espai a l’estroma per la cadena d’electrons, per compensar càrregues. A l’estroma es crea ambient favorable als enzims.
o Canvis de la ribulosa 5-P cinasa: catalitza l’última reacció de la generació de Ru 1,5 BP. És un enzim sensible al fosfoglicerat (3PGA). Quan hi ha més 3PGA disminueix l’activitat enzimàtica. El fosfoglicerat modula la reacció de l’enzim.
L’enzim és sensible al PGA perquè si hi ha molt 3PGA vol dir que no continua el cicle, si continua no 5 s’acumularia el 3PGA. Això serà degut a que la cadena de transport d’electrons (cte) no està actiu i faltarà ATP i NADPH. Ajusta el cicle en presència de llum.
*Aquests mecanismes de regulació actuen juntament.
Ru5P  ATP  Ru 1,5 BP + CO2  2(3PGA)····· ATP + NADPH (hʋ) ···> ...
o Enzim Rubisco activasa: La rubisco s’inhibeix per pentoses fosfat i així no catalitza reaccions. La ribulosa BP i altres pentoses l’inhibeixen. La CA1P és una molècula intermitja de la Rubisco. A  l’estroma hi ha la rubisco activasa que allibera la rubisco dels seus inhibidors. Com més llum més carga a l’estroma i més rubisco. Aquest enzim necessita ATP.
Canvis covalents  canvis en l’estructura de l’enzim: o Regulació de l’enzim rubisco: La lisina (lys) està implicada en la regulació de l’enzim. Depenent de l’ambient (pH) s’afavoreix la pèrdua de protons i això s’afavoreix perquè l’estroma és bàsic. Un cop el CO2 regula l’activitat (no es fixa) formant l’anió carbamat. Aquest ambient que acumula Mg 2+ fa que aquest anió carbamat s’hi uneixi i es formi l’anió carbamat-Mg2+ i llavors la rubisco pot catalitzar. Les altres formes són inactives. Tot això és gràcies a la cte ja que si no hi ha llum es reverteix.
o Regulació de l’enzim rubisco activasa: si s’uneix una pentosa a l’enzim rubisco aquesta s’inactiva i l’enzim treu la pentosa. També serveix per desinhibir l’anió carbonat-Mg2+ ja que també li afecten les pentoses.
o Regulació per l’estat d’oxidació dels grups tio (sofre). La llum promou les ferredoxines reduïdes (fd -) i no s’activaria el procés. Quan hi ha llum passa tot això (esquema) però quan no hi ha llum hi ha molècules que redueixen els Sofres i es tornen a desactivar.Quan el sofre té ponts és inactiu i quan està reduït actiu.
El cicle de Calvin és autocatalític. Quan funciona correctament fa G3P que serveixen per fer sucres. A la foscor hi ha baixa [G3P] i el cicle de Calvin s’autorregula fent que fins que no hi hagi la concentració mínima d’intermediaris en el cicle per la formació de G3P no s’activa. Un cop la concentració ha arribat als nivells d’intermediaris s’activa el cicle.
Els primers CO2 que arriben són per arribar a aquests nivells d’intermediaris. Fins que no hi arriba no surten G3P.
Cicle de Calvin  regulat per la llum 1CO2  2 NADPH + 3ATP 4electrons, 8 fotons, 1 O2 ...



Comentario de vampirenessy en 2014-12-13 13:18:35
Hola! He visto que subes apuntes de FiV.
Te podría pedir si podría obtener apuntes del tema 4? (es que he estado enferma y no consigo encontrar ninguno)