Információ

S2019_Előadás_18_Olvasás - Biológia

S2019_Előadás_18_Olvasás - Biológia


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Fényfüggetlen reakciók és szén -dioxid -rögzítés

Rövid bemutatkozás

A szén rögzítésének általános elve az, hogy egyes sejtek bizonyos körülmények között felvehetik a szervetlen szenet, a CO-t2 (mineralizált szénnek is nevezik), és redukáljuk használható sejtformává. A legtöbben tisztában vagyunk azzal, hogy a zöld növények felvehetik a CO-t2 és előállítani O2 a fotoszintézis néven ismert folyamatban. Már tárgyaltunk a fotofoszforilezésről, a sejt azon képességéről, hogy fényenergiát juttasson a vegyi anyagokra, és végül az ATP és NADPH energiahordozókat állítsa elő a fényreakciók néven ismert folyamatban. A fotoszintézis során a növényi sejtek a fotofoszforiláció során képződött ATP -t és NADPH -t használják a CO csökkentésére2 a cukorhoz (amint látni fogjuk, konkrétan a G3P-hez) az úgynevezett sötét reakciókban. Bár értékeljük, hogy ez a folyamat zöld növényekben történik, a fotoszintézis evolúciós eredete a baktériumok világában volt. Ebben a modulban áttekintjük a Calvin-ciklus általános reakcióit, egy CO-t tartalmazó reduktív folyamatot.2 sejtes anyagba.

A fotoszintetikus baktériumokban, például a cianobaktériumokban és a lila, nem kénes baktériumokban, valamint a növényekben az energia (ATP) és teljesítmény csökkentése (NADPH) - a kifejezés, amelyet a csökkentett állapotú elektronhordozók leírására használnak - a fotofoszforilezés során kapott "Karbon rögzítés", szervetlen szén (CO2) szerves molekulákká; kezdetben glicerraldehid-3-foszfát (G3P) formájában, végül glükózzá. Azok a szervezetek, amelyek minden szükséges szenet szervetlen forrásból (CO2) néven említik autotrófok, míg azokat az organizmusokat, amelyeknek szerves formái szénre, például glükózra vagy aminosavra van szükségük heterotrófok. A szénmegkötéshez vezető biológiai utat az ún Kálvin -ciklus és reduktív út (energiát fogyaszt/elektronokat használ), ami a CO csökkenéséhez vezet2 a G3P-hez.

A Kálvin -ciklus: a CO csökkentése2 gliceraldehid-3-foszfátra

1.ábra. A fényreakciók a nap energiáját hasznosítják kémiai kötések, ATP és NADPH előállításához. Ezek az energiát hordozó molekulák a stromában keletkeznek, ahol a szénkötés megtörténik.

A növényi sejtekben a Calvin-ciklus a kloroplasztiszokban található. Bár a folyamat hasonló a baktériumoknál, nincsenek speciális organellák, amelyek a Calvin -ciklust tartalmazzák, és a reakciók a citoplazmában fordulnak elő a plazmamembránból származó komplex membránrendszer körül. Ez intracelluláris membránrendszer meglehetősen összetett és erősen szabályozott lehet. Erős bizonyítékok támasztják alá azt a hipotézist, hogy a származása kloroplasztok a cianobaktériumok és a korai növényi sejtek közötti szimbiózisból.

1. szakasz: Szén -rögzítés

A növényi kloroplasztok sztrómájában a CO mellett2, két másik komponens van jelen a fénytől független reakciók elindításához: egy ribulóz-1,5-biszfoszfát-karboxiláz/oxigenáz (RuBisCO) nevű enzim és három ribulóz-biszfoszfát (RuBP) molekula, amint az az alábbi ábrán látható. A ribulóz-1,5-biszfoszfát (RuBP) öt szénatomból áll, és két foszfátot tartalmaz.

2. ábra. A Calvin -ciklus három szakaszból áll. Az 1. szakaszban a RuBisCO enzim szén-dioxidot épít be egy szerves molekulába, a 3-PGA-ba. A 2. szakaszban a szerves molekulát a NADPH által szállított elektronok segítségével redukálják. A 3. szakaszban a RuBP-t, a ciklust elindító molekulát regenerálják, hogy a ciklus folytatódhasson. Egyszerre csak egy szén-dioxid-molekula épül be, ezért a ciklust háromszor kell lezárni egyetlen három szén-dioxid-tartalmú GA3P-molekula előállításához, és hatszor egy hat-szén-glükóz-molekula előállításához.

A RuBisCO katalizálja a CO közötti reakciót2 és RuBP. Minden CO -ra2 molekula, amely reagál egy RuBP-vel, egy másik vegyület (3-PGA) két molekulája képződik. A PGA három szénatomot és egy foszfátot tartalmaz. A ciklus minden fordulata csak egy RuBP-t és egy szén-dioxidot tartalmaz, és két 3-PGA molekulát képez. A szénatomok száma változatlan marad, mivel az atomok elmozdulnak, hogy új kötéseket képezzenek a reakciók során (3 atom a 3CO-ból2 + 15 atom a 3RuBP-ből = 18 atom a 3-PGA 3 atomjában). Ezt a folyamatot ún szén rögzítés, mert CO2 szervetlen formából szerves molekulává „rögzül”.

2. szakasz: Csökkentés

Az ATP-t és a NADPH-t a 3-PGA hat molekulájának a glicerinaldehid-3-foszfát (G3P) nevű vegyi anyag hat molekulájává alakítják át – egy szénvegyület, amely a glikolízisben is megtalálható. A folyamatban mind az ATP, mind a NADPH hat molekuláját használják. Az ATP hidrolízis exergonikus folyamata gyakorlatilag hajtja az endergonikus redoxreakciókat, ADP -t és NADP -t hozva létre+. Mindkét "elhasznált" molekula (ADP és NADP)+) térjen vissza a közeli fényfüggő reakciókhoz, hogy visszavezethessék az ATP-be és a NADPH-ba.

3. szakasz: Regeneráció

Érdekes, hogy ezen a ponton a G3P molekulák közül csak az egyik hagyja el a Calvin -ciklust, hogy hozzájáruljon a szervezet számára szükséges egyéb vegyületek képződéséhez. Az üzemekben, mivel a Calvin -ciklusból exportált G3P három szénatomot tartalmaz, a Calvin -ciklus három „fordulata” szükséges ahhoz, hogy elegendő nettó szén -dioxidot rögzítsen egy G3P exportálásához. De minden kör két G3P-t eredményez, így három kör hat G3P-t. Az egyiket exportálják, míg a fennmaradó öt G3P molekula a ciklusban marad, és a RuBP regenerálására szolgál, ami lehetővé teszi a rendszer számára, hogy felkészüljön több CO -ra2 megjavítani. Ezekben a regenerációs reakciókban további három ATP-molekulát használnak fel.

További érdekes linkek

Bevezetés a pentóz -foszfát útvonalba

A legtöbb bevezető biológia és biokémiai kurzus a glikolízisre (a glükóz piruváttá oxidálására) és a TCA-ciklusra (a piruvát oxidációja acetil-CoA-vá és az esetleges teljes oxidáció CO-ra)2). Bár ezek rendkívül fontos és univerzális reakciók, a legtöbb kurzus elhagyja a pentóz -foszfát útvonalat (PPP) vagy a hexóz -monofoszfát -söntöt. Ez az útvonal a TCA-ciklushoz hasonlóan részben ciklikus jellegű, amelyben három glükózmolekula lép be, és két glükóz és egy glicerinaldid-3-foszfát (G3P) távozik. A két glükózmolekula újrahasznosítható, és a G3P glikolízisbe lép. Fontos út, mert ez az elsődleges mechanizmus a pentózok képződéséhez, a nukleotid-bioszintézishez szükséges öt szénatomszámú cukorhoz, valamint számos más alapvető sejtkomponens és NADPH, az elsősorban anabolikus reakciókban használt sejtredukálószer kialakulásához.

Egy megjegyzés az oktatótól

A glikolízis és a TCA -ciklus moduljaihoz hasonlóan sok anyag található ebben a modulban. A többi modulhoz hasonlóan nem várom el, hogy megjegyzi a vegyületek vagy enzimek konkrét neveit. A teljesség kedvéért azonban megadom ezeket a neveket. A vizsgákhoz mindig megadom azokat az útvonalakat, amelyeket az órán és a BioStax Biology szövegmoduljaiban tárgyalunk. Amit meg kell tudnod tenni, az az, hogy megértsd, mi történik az egyes reakciókban. Olyan előadási feladatokat fogunk áttekinteni, amelyek hasonlóak lesznek azokhoz, amelyeket a vizsgákon kérek tőlem. Ne legyen túlterhelve specifikus enzimnevekkel és specifikus szerkezetekkel. Amit tudnia kell, az a használt enzimek általános típusai és a talált struktúrák típusai. Például megteszi nem memorizálni kell a szemgolyók vagy a sedoheptulóz szerkezetét. Tudnia kell, hogy mindkettő cukor, az előbbi négy szén, az utóbbi hét szénatom. Ne feledje, hogy az "ose" végződés a vegyületet cukorként azonosítja. Ezen kívül fogsz nem ismernie kell a PPP-ben található két egyedi reakció részleteit, a transzketoláz és transzaldoláz reakciók, bár képesnek kell lennie azonosítani a cukrot tartalmazó ketont és a cukrot tartalmazó aldehidet. Végül meg fogod tenni nem elvárható, hogy megjegyezze az enzimneveket, de a glikolízishez és a TCA-ciklushoz hasonlóan Önnek is tudnia kell, hogy egy bizonyos típusú enzim milyen különböző típusú reakciókat katalizálhat, például transzaldoláz az aldehidcsoportokat egyik vegyületből a másikba mozgatja. Ezt a megértési szintet várom el. Ha bármilyen kérdése van, kérjük, tegye fel.

Oxidatív pentóz-foszfát útvonal: más néven a hexóz-monofoszfát sönt

Míg a glikolízis a hexózok oxidálására fejlődött ki, hogy szén-prekurzorokat képezzen a bioszintézishez, az energiahoz (ATP) és a csökkentő teljesítményhez (NADH), addig a Pentose Phosphate Pathway (PPP) a pentózok vagy öt szénatomszámú cukrok felhasználására alakult ki. A pentozok a nukleotidok és más alapvető biomolekulák előfeltételei. A NADH helyett a PPP NADPH-t is generál, amely a legtöbb anabolikus reakcióhoz szükséges. A PPP a glikolízissel és a TCA -ciklussal együtt alkotja az úgynevezett központi anyagcserét. Ez a három központi útvonal (a piruvát acetil-CoA-vá történő reakciójával együtt) felelős az összes sejt számára szükséges összes szükséges prekurzor molekula előállításáért. A PPP felelős a gyártásért pentosz-foszfátok (széncukrot adj), eritróz-foszfát (négy szénatomos cukrok), és NADPH. Ez az út a termelésért is felelős sedoheptulóz-foszfát, a Gram-negatív baktériumok külső sejtmembránjában használt esszenciális hét szénatomos cukor.

Az alábbiakban az útvonal diagramja látható. Az út bonyolult, és számos új átrendeződési reakciót tartalmaz, amelyek két és három szén -egységet mozgatnak. Ezeket a reakciókat ún transzaldolázok és transzketalázok az útvonalon belüli köztitermékek előállítására használják. A nettó eredmény a glükóz oxidációja, majd ezt követő dekarboxilezése, amely pentózt képez. A teljes reakció során három glükóz-6-foszfát (zöld színben) molekula oxidálódik, és három CO keletkezik.2 molekulák, egy glicerraldehid-foszfát (piros színű) és két hexóz-foszfát (piros). Ebben a ciklusban a képződött gliceradehid-foszfát bejut a glikolízisbe, és a két hexóz-foszfát (például glükóz-foszfátok) visszakerülhet a PPP-be vagy a glikolízisbe.

1.ábra. Pentóz-foszfát útvonal

Megjegyzendő üzenetet

Ahogy látható 1.ábra, az út nettó eredménye egy triosz-foszfát (glicerraldehid-3-foszfát), amely ezután glikolízissel tovább oxidálható, két újrahasznosított hexóz-foszfát (glükóz-6-foszfát vagy fruktóz-6-foszfát formájában) ), valamint a NADPH, amely számos bioszintetikus (anabolikus) reakció szükséges redukálószere. Az útvonal számos köztes cukor-foszfátot biztosít, amelyekre a sejtnek szüksége lehet, például pentóz-foszfátokat (nukleotidok és egyes aminosavak esetében), eritróz-foszfátot (aminosavak esetében) és sedohepulóz-foszfátot (gram-negatív baktériumok esetében).

A PPP a glikolízissel, a TCA-ciklussal és a piruvát acetil-CoA-vá történő oxidációjával együtt alkotja a központi anyagcsere fő útvonalait, és bizonyos mértékig minden szervezet számára szükséges az alapvető szubsztrátok megalkotásához az élet építőköveinek létrehozásához.

Szakasz összefoglaló

Ennek a modulnak a végére képesnek kell lennie leírni a pentóz -foszfát út szerepét a központi anyagcserében és meghatározni az út végtermékeit.