Ribulose-1,5-bisfosfato (RuBP): características, carbolixação - Ciência - 2023

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o ribulose-1,5-bisfosfato, comumente abreviado RuBP, é uma molécula biológica que atua como substrato no ciclo de Calvin da fotossíntese, sendo esta a molécula na qual o CO é fixado₂.

Nesse processo, o RuBP pode ser oxigenado ou carboxilado, dando lugar à síntese de hexoses e passando por diversas reações até sua própria regeneração (reciclagem). A carboxilação e oxidação de RuBP são realizadas pela mesma enzima: ribulose-1,5-bisfosfato carboxilase / oxigenase (RuBisCO ou Rubisco). Na regeneração desta molécula ocorre a fosforilação da ribulose-5-fosfato pela enzima fosforibuloquinase.

Caracteristicas

RuBP é uma molécula semelhante à cetopentose. Esses monossacarídeos são caracterizados, como o próprio nome indica, por possuírem cinco carbonos com um grupo cetona, ou seja, um grupo carbonila em um dos carbonos centrais.

Como na maioria das cetoses, o grupo carbonila é encontrado em C2, enquanto os grupos hidroxila são encontrados nos carbonos C3 e C4. RuBP é um derivado da ribulose, onde os carbonos C1 e C5 também possuem grupos hidroxila. No RuBP, esses carbonos (C1 e C5) são ativados por dois grupos fosfato localizados nos respectivos locais.

Carboxilação RuBP

No primeiro estágio do ciclo de Calvin, uma enzima chamada fosforibulocinase causa a fosforilação da ribulose-5-fosfato para gerar RuBP. Posteriormente, ocorre a carboxilação, por ação da enzima Rubisco.

Na carboxilação de RuBP, ele atua como um aceitador de CO₂, unindo a referida molécula para formar duas moléculas de 3-fosfoglicerato (3PG). Durante esta reação, um intermediário endiolado é formado pela absorção do próton do carbono C3 de RuBP.

Endiolate gera um ataque nucleofílico no CO₂ formando um ácido β-oxo que é rapidamente atacado por H₂Ou em seu carbono C3. O produto desse ataque sofre uma reação muito semelhante a uma quebra de aldol, gerando duas moléculas de 3PG, uma das quais carrega o carbono do CO₂.

A enzima Rubisco que realiza essa reação é uma grande enzima, composta de oito subunidades iguais. Essa enzima é considerada uma das proteínas mais abundantes do planeta, representando aproximadamente 15% do total de proteínas dos cloroplastos.

Como o próprio nome indica (Ribulose bisfosfato carboxilase / oxigenase), a Rubisco pode catalisar tanto a carboxilação quanto a oxidação de RuBP, sendo capaz de reagir tanto com CO₂ como com O₂.

RuBP na formação de glicose

Em plantas verdes, a fotossíntese produz ATP e NADPH na fase leve. Essas moléculas são usadas para realizar a redução de CO₂ e para formar produtos reduzidos, como carboidratos, principalmente amido e celulose.

Conforme mencionado, na fase escura da fotossíntese, a clivagem do RuBP ocorre pela ação do Rubisco, com uma proporção de duas moléculas de 3PG formadas por cada RuBP. Na conclusão de seis rodadas do ciclo de Calvin, ocorre a formação de uma hexose (por exemplo, glicose).

Nas seis rodadas deste ciclo, seis moléculas de CO₂ Eles reagem com seis RuBPs para formar 12 moléculas de 3PG. Essas moléculas são transformadas em 12 BPG (1,3-bisfosfoglicerato) e depois em 12 GAP.

Destas 12 moléculas de GAP, cinco são isomerizadas para DHAP, das quais três reagem com mais três moléculas de GAP para formar três frutose-1,6-bisfosfato. Os últimos são desfosforilados em frutose-6-fosfato (F6P) pela ação da enzima hexosadifosfatase.

Por fim, uma glicose fosfato isomerase converte uma das três moléculas F6P em glicose-6-fosfato, que é desfosforilada por sua respectiva fosfatase em glicose, completando assim o caminho de formação de uma hexose a partir de CO₂.

Regeneração RuBP

Na via descrita anteriormente, as moléculas de GAP formadas podem ser direcionadas para a formação de uma hexose ou para a regeneração de RuBP. Para cada volta da fase escura da fotossíntese, uma molécula de RuBP reage com uma de CO₂ para finalmente regenerar um RuBP.

Conforme descrito na seção anterior, para cada seis voltas do ciclo de Calvin, 12 moléculas GAP são formadas, das quais oito estão envolvidas na formação de uma hexose, com quatro restantes disponíveis para a regeneração de RuBP.

Dois desses quatro GAPs reagem com dois F6Ps pela ação de uma transcetolase para formar duas xiluloses e dois eritrócitos. Este último se liga a duas moléculas de DHAP para produzir dois carboidratos de sete carbonos, a sedoheptulose-1,7-bifosfato.

Os sedoheptulose-1,7-bisfosfato são desfosforilados e então reagem com os dois últimos GAPs para formar duas xiluloses e duas ribose-5-fosfato. Os últimos são isomerizados em ribulose-5-fosfato. Já as xiluloses, por ação de uma epimerase, são transformadas em mais quatro ribuloses.

Finalmente, as seis ribuloses-5-fosfato formadas são fosforiladas pela fosforibulocinase para dar seis RuBPs.

RuBP pode ser oxigenado

A fotorrespiração é um processo de respiração "leve" que ocorre junto com a fotossíntese, sendo muito ativa nas plantas do tipo C3 e quase ausente nas plantas C4. Durante este processo as moléculas de RuBP não são reduzidas, então a biossíntese de hexose não ocorre, pois o poder redutor é desviado para a redução de oxigênio.

A Rubisco exerce sua atividade oxigenase neste processo. Esta enzima tem baixa afinidade com o CO₂, além de ser inibido pelo oxigênio molecular presente nas células.

Devido a isto,quando as concentrações celulares de oxigênio são maiores do que as de CO₂, o processo de fotorrespiração pode superar a carboxilação de RuBP por CO₂. Em meados do século 20, isso foi demonstrado pela observação de que as plantas iluminadas fixavam O₂e liberou CO₂.

Na fotorrespiração, RuBP reage com O₂ por ação da Rubisco, formando um intermediário endiolado que produz 3PG e fosfoglicolato. Este último é hidrolisado pela ação de uma fosfatase, dando origem ao glicolato que é posteriormente oxidado por uma série de reações que ocorrem em peroxissomos e mitocôndrias, resultando finalmente em CO₂.

Mecanismos para evitar a oxigenação de RuBP

A fotorrespiração é um mecanismo que interfere no processo de fotossíntese, desfazendo parte de seu trabalho, ao liberar CO.₂ e usar os substratos necessários para a produção de hexoses, diminuindo assim a taxa de crescimento das plantas.

Algumas plantas conseguiram evitar os efeitos negativos da oxigenação do RuBP. Em plantas C4, por exemplo, ocorre fixação prévia de CO₂, concentrando o mesmo em células fotossintéticas.

Neste tipo de plantas, o CO₂ é fixado em células mesofílicas carentes de Rubisco, por condensação com fosfoenolpiruvato (PEP), produzindo oxaloacetato que se transforma em malato e passa para as células do envelope do feixe, onde libera CO₂ que finalmente entra no ciclo de Calvin.

As plantas CAM, por outro lado, separam a fixação de CO₂ e o ciclo de Calvin no tempo, ou seja, realizam a captação de CO₂ à noite, pela abertura de seu estroma, armazenando-o através do metabolismo do ácido crassuláceo (CAM) através da síntese do malato.

Como nas plantas C4, o malato passa para as células do envelope do feixe para liberar CO₂.

Referências

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