Σκοτεινές αντιδράσεις Ο κύκλος του Calvin Σκοτεινές αντιδράσεις

Τόπος αντίδρασης: χλωροπλάστες Σύνδεση με τις φωτεινές αντιδράσεις Οι φωτεινές αντιδράσεις μετασχηματίζουν την ηλιακή ενέργεια σε ΑΤΡ και NADPH Οι σκοτεινές αντιδράσεις χρησιμοποιούν την ενέργεια της ΑΤΡ και την αναγωγική ισχύ του NADPH Αναγωγή του άνθρακα από κατάσταση πλήρους οξείδωσης (CO2) στην μερικώς ανηγμένη μορφή εξόζης (C6H12O6) Τόπος αντίδρασης: χλωροπλάστες ΔΕΝ απαιτεί φως

Σύνθεση υδατανθράκων Διάσπαση γλυκογόνου Σύνθεση γλυκόζης από υδατανθρακικές πρόδρομες ενώσεις Γλυκονεογένεση Σύνθεση γλυκόζης από μη υδατανθρακικές οργανικές πρόδρομες ενώσεις Κύκλος Calvin Σύνθεση γλυκόζης από ανόργανες πρώτες ύλες

Σύνθεση υδατανθράκων Πορεία φωσφορικών πεντοζων Σύνθεση NADPH και οξείδωση γλυκόζης Κύκλος Calvin Oξείδωση NADPH για αναγωγή CO2 και σύνθεση γλυκόζης (εξόζης) Ο κύκλος του Calvin μπορεί να θεωρηθεί  ως η αναγωγική πορεία των φωσφορικών πεντοζών  ως η πορεία γλυκονεογένεσης στους φωτοσυνθετικούς οργανισμους Τόπος: στρώμα χλωροπλαστών και όχι κυτταρόπλασμα

Στάδια στον κύκλο του Calvin Τρία στάδια Καθήλωση του διοξειδίου του άνθρακα και αφομοίωσή από 1,5-διφωσφοροριβουλόζη προς σχηματισμό 2 μορίων φωσφογλυκερικού Αναγωγή του φωσφογλυκερικού για δημιουργία εξοζών Αναγέννηση της διφωσφοροριβουλόζης για τον επόμενο κύκλο

Στάδια στον κύκλο του Calvin

Καθήλωση διοξειδίου του άνθρακα Πρώτο στάδιο: δέσμευση CO2 Σάκχαρο με 5C + CO2 (1C)  6C  2*3C 1,5-διφωσφοροριβουλόζη + CO2  ασταθές ενδιάμεσο 6C  2 3-φωσφογλυκερικό οξύ

RuBisCO Αντίδραση με την οποία το ανόργανο διοξείδιο του άνθρακα εισέρχεται στη βιόσφαιρα Ένζυμο: καρβοξυλάση/οξυγονάση της 1,5-διφωσφοροριβουλόζης (ribulose-1,5-bisphosphate carboxylase-oxygenase) RuBisCO 8 μεγάλες L αλυσίδες (55kD) 8 μικρές S αλυσίδες (13kD) To πιο άφθονο ένζυμο των χλωροπλαστών 16% της συνολικής πρωτεΐνης Το πιο άφθονο ένζυμο στη βιόσφαιρα Ίσως και η πιο άφθονη πρωτεΐνη Αργό ένζυμο

RuBisCO

Ενεργό κέντρο RuBisCO Πρόσδεση δισθενούς μεταλλικού ιόντος Σταθεροποίηση φορτίου καρβαμικού με πρόσδεση μαγνησίου Επιπλέον πρόσδεση ιόντος μαγνησίου σε κατάλοιπα Ε και D Πρόσδεση υποστρώματος στο Mg (2 σημεία) Ενεργοποίηση υποστρώματος Αντίδραση ενοδιόλης με το διοξείδιο προς σχηματισμό δεύτερου ενδιαμέσου Τρία σημεία πρόσδεσης ενδιαμέσου με το μεταλλικό ιόν

RuBisCO - μηχανισμός Υδροξυλική ομάδα Κετονική ομάδα

Πρόσδεση υποστρώματος Σχηματισμός ενοδιολικού ενδιαμέσου RuBisCO - μηχανισμός Πρόσδεση υποστρώματος Ενυδάτωση Πρόσδεση CO2 Σχηματισμός ενοδιολικού ενδιαμέσου Διάσπαση

RuBisCO - μειονέκτημα Παράπλευρη αντίδραση Αντιδραση ενδιαμέσου ενοδιόλης με οξυγόνο αντί για διοξείδιο Παραγωγή 3-φωσφογλυκερικού και φωσφογλυκολικού Χαμηλότερη ταχύτητα (1/4) από εκείνη της καρβοξυλάσης Προϋπόθεση ύπαρξης λυσίνης στη μορφή καρβαμικού  παρουσία CO2  προτιμητέα η αντίδραση καρβοξυλίωσης

Διάσωση γλυκολικού Αξιοποίηση ατόμων άνθρακα και ιόντων αμμωνίου σε οργανικές ενώσεις Αποφωσφορυλίωση σε γλυκολικό (2C) Περίσωση τριών ατόμων C Απώλεια ενός ατόμου άνθρακα ως CO2 Μετατροπή σε γλυοξυλικό (2C) Παραγωγή γλυκίνης με τρανσαμίνωση (2C) Παραγωγή σερίνης (3C) από δύο μόρια γλυκίνης (2*2C) 2 γλυοξυλικό  2 γλυκίνη  1 σερίνη + CO2

Διάσωση γλυκολικού Φωτοαναπνοή Κατανάλωση οξυγόνου Μετατροπή οργανικού άνθρακα σε διοξείδιο ΧΩΡΙΣ παραγωγή αναγωγικής ισχύος (NADPH) ΧΩΡΙΣ παραγωγή ενέργειας (ΑΤΡ) Δαπανηρή διαδικασία Αρχικά απουσίαζε το οξυγόνο από την ατμόσφαιρα Η δράση της οξυγενάσης δεν ήταν πρόβλημα Απουσία CO2 η φωτοαναπνοή σταματάει ακόμη και παρουσία φωτός Μηχανισμός προστασίας από φωτοοξείδωση Τα τροπικά φυτά υποφέρουν περισσότερο λόγω φωτοαναπνοής Υψηλές θερμοκρασίες ευνοούν τη δράση της οξυγενάσης

Σχηματισμός φωσφορικών εξόζών Δεύτερο στάδιο: Σχηματισμός φωσφορικών εξοζών από 3-φωσφογλυκερικό 6-φωσφοφρουκτόζη 6-φωσφογλυκόζη 1-φωσφογλυκόζη Πορεία παρόμοια με τη γλυκονεογένεση Αναγωγή δεσμευμένου διοξειδίου σε εξόζη Δαπάνη ενέργειας (ΑΤΡ)* Δαπάνη αναγωγικής ισχύος (NADPH)* *Από φωτεινές αντιδράσεις

Αναγέννηση διφωσφοροριβουλόζης Τρίτο στάδιο: αναγέννηση διφωσφοροριβουλόζης Ύπαρξη σακχαρων με 6 και 3 άτομα άνθρακα  Παραγωγή σακχάρου με 5 άτομα άνθρακα Συνεργασία δύο ενζύμων: τρανσκετολάσης και αλδολάσης Τρανσκετολάση Μεταφορά 2C από κετόζη σε αλδόζη παρουσία ΤΡΡ Αλδολάση Συμπύκνωση διυδροξυακετόνης με αλδεύδη

Αναγέννηση διφωσφοροριβουλόζης (3 άνθρακες)

Αναγέννηση διφωσφοροριβουλόζης n άνθρακες m άνθρακες n-2 άνθρακες m+2 άνθρακες

Αναγέννηση διφωσφοροριβουλόζης n άνθρακες 3 άνθρακες n+3 άνθρακες

Αναγέννηση διφωσφοροριβουλόζης n άνθρακες m άνθρακες n-2 άνθρακες m+2 άνθρακες

Αναγέννηση διφωσφοροριβουλόζης Παραγωγή 1,5-διφωσφοροριβουλόζης

Αναγέννηση 5-φωσφοριβουλόζης

6CO2 + 18ATP + 12NADPH +12H2O  C6H12O6 + 18ADP + 18Pi + 12NADP + 6H+ Στοιχειομετρία κύκλου Calvin Ενσωμάτωση ενός μορίου CO2 σε μια εξόζη Κατανάλωση τριών μορίων ΑΤΡ Κατανάλωση δύο μορίων NADΡH 6CO2 + 18ATP + 12NADPH +12H2O  C6H12O6 + 18ADP + 18Pi + 12NADP + 6H+

Αποθήκες υδατανθράκων στα φυτά Αποθήκευση υδατανθράκων Ζώα/θηλαστικά: γλυκογόνο (ήπαρ και μύες) Φυτά: άμυλο και σακχαρόζη (χλωροπλάστες) Άμυλο Σπειροειδές μόριο Λιγότερο διακλαδισμένο από το γλυκογόνο Σύνθεση και αποθήκευση στους χλωροπλάστες Σύνθεση με ενεργοποίηση της γλυκόζης ως ADP-γλυκόζη (UDP-glucose στο γλυκογόνο)

Αποθήκες υδατανθράκων στα φυτά Σακχαρόζη (σουκρόζη, ζάχαρη) Δισακχαρίτης Σύνθεση σε κυτταρόπλασμα Ένωση 6-φωσφοφρουκτόζης με UDP-γλυκόζη Υδρόλυση πυροφωσφορικού δεσμού προς σχηματισμό σουκρόζης