Calvinův cyklus a pentosafosfátová dráha.

1. Calvinův cyklus a pentosafosfátová dráha. V Calvinově cyklu se syntetizují hexosy z CO2 a vody. Pentosafosfátová dráha vede ke tvorbě NADPH a syntéze pentos Meatabolismus glukosa-6-fosfátu je spojovacím článkem s glykolýzou. Glukosa-6-fosfátdehydrogenasa hraje ústřední roli při ochraně před reaktivními kyslíkatými radikály.

2. Stupně Calvinova cyklu. • Fixace CO2 ribulosa-1,5-bisfosfátem za vzniku dvou molekul 3-fosfogylcerátu. • Redukce 3-fosfoglycerátu za tvorby hexos. • Regenerace ribulosa-1,5-bisfosfátu, aby mohl být fixován další oxid uhličitý.

3. Chloroplasty – místo fotosyntézy.Vstup CO2 do ribulosa-1,5-bisfosfátu na na membráně thylakoidu obrácené ke stromatu a celý Calvinův cyklus ve stromatu.

8. Ribulosa-1,5-bisfosfátkarboxylasa/oxygenasa (RUBISCO) • Vstup CO do ribulosa-1,5-bisfosfát je silně exergonní reakcí - 52 kJ/mol !!! (Standardní). • RUBISCO v chloroplastech se skládá z 8 velkých podjednotek (L, 55-kd) a osmi malých podjednotek (S, 13 kd). Každá L podjednotka obsahuje katalytické a regulační místo. Podjednotky S zvyšují katalytickou aktivitu RUBISCa. • V aktivním místě enzymu je nutný Mg2+, který stabilizuje kladným nábojem záporný náboj substrátu. Pro vazbu Mg2+ je nutný další vázaný CO2 na vedlejší řetězec Lys v poloze 201 ve formě karbamátu. • Enzymu je v chloroplastech 17 % celkových proteinů. Nejvíce zastoupený enzym v biosféře. • Katalytická rychlost je nízká, pouze 3 s-1

17. OXYGENASOVÁ REAKCE RUBISCA.

18. Rychlost karboxylasové reakce je 4 x vyšší než oxygenasové za normálních atmosférických podmínek při 25oC. • Koncentrace CO2 ve stromatu je 10 mM a kyslíku 250 mM. • Oxygenasová reakce, stejně jako karboxylasová, potřebuje Lys 201 v karbamátové formě. Ta však vzniká jen za přítomnosti CO2. Nepřítomnost CO2 tak chrání RUBISCO před oxygenasovou reakcí.

20. Fosfoglykolát vzniká při oxygenasové reakci v chloroplastu. • Po defosforylaci je glykolát transportován do peroxisomů, kde je převeden na glyoxylát a poté glycin. • V mitochondrii jsou dva Gly převedeny na Ser. Dochází k dekarboxylaci a uvolnění amoniaku. • Amoniak je využit v chloroplastu.

32. Stechiometrie Calvinova cyklu. Rovnovážná rovnice Calvinova cyklu: 6 CO2 + 18 ATP + 12 NADPH + 12 H2O = C6H12O6 + 18 ADP + 18 Pi + 12 NADP+ + 6 H+

33. Škrob a sacharosa jsou hlavními skladovatelnými sacharidy rostlin. • Sacharosa je syntetizována v cytosolu. Rostliny nejsou schopny transportovat hexosafosfáty přes membránu chloroplastu. Existuje translokátor triosafosfátů, který je transportuje v synportu s fosfátem. • Vytvořená fruktosa-6-fosfát se spojuje s UDP-glukosou. Po hydrolýze fosfátu se vzniklá sacharosa ukládá. • Škrob se syntetizuje v chloroplastech, aktivující složkou je UDP-glukosa. Polymer obsahuje větvenía-1,6-glykosidových vazeb.

35. Regulace aktivit Calvinova cyklu. • RUBISCO je aktivováno světlem vyvolanými změnami v koncentraci protonů a Mg2+. Tvorba karbamátu na Lys 201 rubisca je iniciována zvýšením pH a vysokou koncentrací Mg2+ ve stromatu. • Obojí je spojeno se světlem. Protony jsou pumpovány ze stromatu do prostoru thylakoidů a koncentrace Mg2+ ve stromatu roste jako kompenzace odpumpovaných protonů.

36. Thioredoxin je protein podílející se na tvorbě redukovaného ferredoxinu a NADPH. Thioredoxin je redukován redukovaným ferredoxinem. • Existuje ve dvou formách mezi redukovanými (sulfhydrylovými) a oxidovanými (disulfidovými) skupinami. • Redukovaná forma aktivuje celou řadu enzymů Calvinova cyklu.

40. THIOREDOXIN V OXIDOVANÉM STAVU a REDUKOVANÉM STAVU. Redukovaný THIOREDOXIN aktivuje řadu enzymů metabolismu sacharidů a fenylalaninamoniumlyasu (biosyntéza fenylpropanoidů-lignin)

44. Svrchní epidermis Palisádový parenchym Svazky cévní Podpůrné buňky Houbový parenchym Spodní epidermis Průduchy

45. Svrchní epidermis Listový mezofyl Svazky cévní Podpůrné buňky Spodní epidermis Průduchy

46. C4 rostliny. • Objasněno M.D.Hatchem a C.R.Slackem • Oxaloacetát a malát jsou sloučeniny, které přenáší oxid uhličitý z mezofylových buněk do buněk cévních svazků. • Fosfoenolpyruvátkarboxylasa, NADPH-malátdehydrogenasa. • Tvorba fosfoenolpyruvátu enzymem pyruvát-Pidikinasou.

48. Energeticky transport CO2: CO2 v mezofylu + ATP + voda = CO2 v cévních svazcích + AMP + 2 Pi + H+ C4 + Calvinův cyklus: 6 CO2 + 30 ATP + 12 NADPH + 12 H2O = C6 H12 O6 + 30 ADP + 30 Pi + 12 NADP+ + 18 H+ Spotřebovává se o 12 molekul ATP více než u rostlin C3 Rostliny C3 převládají v mírném pásmu do teplot 28oC a C4 při teplotách vyšších.

49. PENTOSAFOSFÁTOVÝ METABOLISMUS nebo pentosafosfátová dráha (PFM) • V buňkách poměr [NAD+] / [NADH] = 1000 -znamená metabolické oxidace. • Poměr [NADP+] / [NADPH] = 0, 01 –znamená metabolické redukce. • Dvě části PFM: Obě v cytosolu. • Oxidativní – dehydrogenasová • Neoxidativní – přeměny tří-, čtyř-, pěti-, šesti- a sedmiuhlíkatých sacharidů. Výsledkem je tvorba pentos pro biosyntézu nukleotidů, případně přeměna nadbytku pentos na meziprodukty glykolýzy.