Biochemia, dr inż. Aneta Białkowska
Biosynteza głównych węglowodanów
magazynowanych w roślinach
Synteza skrobi.
" zachodzi w
chloroplastach
" aktywowanym
prekursorem skrobi jest
glukozodifosforan
adenozyny (ADP-
glukoza)
" jest magazynowana w
chloroplastach
Biochemia, dr inż. Aneta Białkowska
Biosynteza głównych węglowodanów
magazynowanych w roślinach
Synteza sacharozy.
" zachodzi w cytozolu
" sacharozo-6-fosforan jest
triozofosforany
(z chloroplastów)
wytwarzany w wyniku reakcji
fruktozo-6-fosforanu z
aktywowanym produktem
pośrednim, glukozodifosforanem
urydyny (UDP-glukoza)
" w wyniku hydrolizy wiÄ…zania
estrowego fosforanu powstaje
sacharoza, która jest cukrem
Å‚atwym do transportu i
szybkiego wykorzystania
" jest magazynowana w wielu
komórkach roślinnych, np. w
buraku cukrowym i trzcinie
cukrowej.
Biochemia, dr inż. Aneta Białkowska
FAZA CIEMNA FOTOSYNTEZY - ETAP I
WI
ZANIE C02 PRZEZ RYBULOZO-1,5-
BISFOSFORAN Z WYTWORZENIEM
DWÓCH CZ
STECZEK 3-
FOSFOGLICERYNIANU
Przemiana katalizowana przez enzym
karboksylaza/oksygenaza rybulozo-1,5-bisfosforanu,
zwana rubisco
Struktura rubisco.
" enzym znajdujący się na powierzchni błon tylakoidów, od
stromy stromy
" chloroplastowa rubisco składa się z ośmiu du\
ych (L, 55 kDa) i
ośmiu małych (S, 13 kDa) podjednostek. Ka\
dy łańcuch L
zawiera miejsce katalityczne i regulatorowe. A
ańcuchy S
zwiększają aktywność katalityczną łańcuchów L.
" Rubisco jest licznie występującym białkiem w komórce (stanowi
ponad 16 % wszystkich białek chloroplastowych), gdy\
jest
enzymem działającym powoli, a jego maksymalna aktywność
katalityczna wynosi tylko 3 s-1.
Biochemia, dr inż. Aneta Białkowska
KATALITYCZNA NIEDOSKONAA
OŚĆ RUBISCO
" Reaktywny produkt pośredni, rybulozo-1,5-bisfosforan, czasami reaguje z
02 zamiast z C02.
" Rubisco zachowuje się wówczas jak oksygenaza.
" W normalnych warunkach atmosferycznych i temperaturze 25°C reakcja
karboksylacji jest czterokrotnie szybsza od reakcji oksygenacji.
" Reakcja oksygenacji, podobnie jak reakcja karboksylacji, wymaga
obecności lizyny w formie karbaminianu. Poniewa\
karbaminian tworzy siÄ™
tylko w obecności C02, właściwość ta zapobiega włączaniu O2, gdy brak C02.
Niekorzystna reakcja uboczna. Reaktywny endiolowy produkt pośredni w obrębie enzymu rubisco reaguje
równie\
z tlenem cząsteczkowym i tworzy się wodoronadtlenek  produkt pośredni, który przekształca się dalej
w jednÄ… czÄ…steczkÄ™ 3-fosfoglicerynianu i jednÄ… fosfoglikanu.
Biochemia, dr inż. Aneta Białkowska
KATALITYCZNA NIEDOSKONAA
OŚĆ RUBISCO
Reakcje fotooddychania. W
chloroplastach fosfoglikolan
powstaje przez oksygenacjÄ™. Po
defosforylacji glikolan jest
transportowany do peroksysomów,
gdzie ulega przekształceniu w
glioksalan, a następnie w glicynę. W
mitochondriach z dwóch cząsteczek
glicyny powstaje seryna (prekursor
glukozy), po uwolnieniu amoniaku i
węgla w postaci C02. Amoniak jest
ponownie wykorzystywany w
chloroplastach.
FOTOODDYCHANIE (FOTORESPIRACJA) JEST PROCESEM ENERGETYCZNIE
NIEKORZYSTNYM, PONIEWAÅ› PRZEKSZTAA
CA W
GIEL ORGANICZNY W C02, A
RÓWNOCZEŚNIE NIE POWSTAJ
ATP, NADPH ANI INNE METABOLITY BOGATE
W ENERGI
. SZLAK TEN PROWADZI TO ODZYSKANIA TRZECH Z CZTERECH
ATOMÓW W
GLA, KTÓRE ZNAJDUJ
SI
W 2 CZ
ST. GLIKOLANU.
Biochemia, dr inż. Aneta Białkowska
SZLAK PENTOZOFOSFORANOWY
" Szlak pentozofosforanowy funkcjonuje we wszystkich organizmach
(cykl Calvina tylko w organizmach fotosyntetyzujÄ…cych).
" Stanowi z
ródło NADPH, który jest potrzebny do redukcyjnych
procesów biosyntezy, np. syntezy kwasów tłuszczowych, cholesterolu,
neurotransmiterów i nukleotydów.
Szlak pentozofosforanowy.
Szlak składa się z (1) fazy
utleniającej, w której powstaje
NADPH i (2) fazy nieutleniajÄ…cej,
w której następują wzajemne
przekształcenia ufosforylowanych
cukrów.
Biochemia, dr inż. Aneta Białkowska
SZLAK PENTOZOFOSFORANOWY
1. Szlak pentozofosforanowy wytwarza w cytozolu NADPH i rybozo-5-fosforan.
glukozo-6-fosforan +2NADP+ + H20 rybozo-5 fosforan + 2NADPH + 2H+ +C02
2. W szlaku tym zachodzÄ… te\
w serii reakcji nieutleniających wzajemne przekształcenia
cukrów trój, cztero-, pięcio-, sześcio- i siedmiowęglowych.
3. NADPH jest zu\
ywany w biosyntezach redukcyjnych, natomiast rybozo-5 fosforan
jest konieczny do syntezy DNA, RNA i koenzymów nukleotydowych.
4. Szlak pentozofosforanowy zaczyna siÄ™ od dehydrogenacji gukozo-6 fosforanu, w
wyniku której powstaje lakton, hydrolizowany następnie do 6-fosfoglukonianu,
oksydacyjna dekarboksylacja tego zwiÄ…zku prowadzi do utworzenia rybuluzo-5-
fosforanu.
5. W trakcie obydwu tych reakcji utleniania akceptorem elektronów jest NADP+.
Biochemia, dr inż. Aneta Białkowska
SZLAK PENTOZOFOSFORANOWY
1. Ostatnim etapem szlaku jest izomeryzacja rybulozo-5-fosforanu (ketozy) do rybozo-5-
fosforanu (aldozy)
2. Gdy organizm potrzebuje znacznie więcej NADPH ni\
rybozo-5-fosforanu, proces ten
mo\
e zachodzić w inny sposób a mianowicie rybozo-5-fosforan jest przekształcany w
aldehyd 3-fosfoglicerynowy i fruktozo-6-fosforan w reakcjach katalizowanych przez
transketolazÄ™ i transaldolazÄ™,.
3. Te dwa enzymy stwarzają odwracalne przejście między szlakiem
pentozofosforanowym i glikolizą. Intermediatami w tych przekształceniach są
ksylulozo-5-fosforan, sedoheptulozo-7-fosforan i erytrozo-4-fosforan. W ten sposób
kosztem ka\
dej czÄ…steczki glukozo-6-fosforanu, kompletnie utlenionej do C02, powstaje
12 czÄ…steczek NADPH.
Biochemia, dr inż. Aneta Białkowska
SZLAK PENTOZOFOSFORANOWY
1. Nadmiar rybozo-5-fosforanu, wytworzonego w szlaku pentozofosforanowym, mo\
e
być całkowicie przekształcany w intermediaty glikolizy.
rybozo-5-fosforan 2-fruktozo-6-fosforan +aldehyd 3-fosfoglicerynowy
2. Szkielety węglowe cukrów mogą ulec znacznemu przekształceniu w zale\
ności od
zapotrzebowania fizjologicznego.
3. StÄ™\
enie NADP+ reguluje szybkość przemian szlaku pentozofosforanowego.
Biochemia, dr inż. Aneta Białkowska
KIERUNKI REAKCJI W ZALEśNOŚCI OD
ZAPOTRZEBOWANIA
Cztery kierunki reakcji:
1. Potrzeba o wiele więcej rybozo-5-fosforanu ni\
NADPH. Na przykład  szybko
dzielące się komórki potrzebują rybozo-5-fosforanów do syntez nukleotydowych
prekursorów DNA. W procesach glikolitycznych większość glukozo-6-fosforanu
przekształca się we fruktozo-6-fosforan i aldehyd 3-fosfoglicerynowy. Następnie
transaldolaza i transketolaza przekształcają dwie cząsteczki fruktozo-6-fosforanu i
jednÄ… czÄ…steczkÄ™ aldehydu 3-fosfolglicerynowego w trzy czÄ…steczki rybozo-5-
fosforanu.
glukozo-6-fosforan +ATP 6-rybozo-5-fosforan + ADP + H+
Biochemia, dr inż. Aneta Białkowska
KIERUNKI REAKCJI W ZALEśNOŚCI OD
ZAPOTRZEBOWANIA
2. Zapotrzebowanie na NADPH i rybozo-5-fosforan jest zrównowa\
one. Dominuje w
takim wypadku przemiana glukozo-6-fosforanu prowadzÄ…ca do dwu NADPH i jednego
rybozo-5-fosforanu w ramach utleniającego odgałęzienia szlaku pentozofosforanowego.
glukozo-6-fosforan + 2NADP+ + H20 rybozo-5-fosforan + 2NADPH + 2H+ +CO2
Biochemia, dr inż. Aneta Białkowska
KIERUNKI REAKCJI W ZALEśNOŚCI OD
ZAPOTRZEBOWANIA
3. Potrzeba znacznie więcej NADPH ni\
rybozo-5-fosforanu, glukozo-6-fosforan jest
całkowicie utleniany do C02. Na przykład-tkanka tłuszczowa potrzebuje do syntez
kwasów tłuszczowych znacznego stę\
enia NADPH.
glukozo-6-fosforan + 12NADP+ +7H20 6C02 + 12NADPH + 12H+ + Pi
Biochemia, dr inż. Aneta Białkowska
KIERUNKI REAKCJI W ZALEśNOŚCI OD
ZAPOTRZEBOWANIA
4. Istnieje zapotrzebowanie zarówno na NADPH, jak i na ATP. Rybozo-5-fosforan
tworzony w fazie utleniajÄ…cej szlaku pentozofosforanowego mo\
e być równie\

przekształcany do pirogronianu. Fruktozo-6-fosforan i aldehyd 3-fosfoglicerynowy,
pochodzące z rybozo-5-fosforanu, zostają włączone do przemian szlaku glikolitycznego
i raczej nie są ponownie przekształcane w glukozo-6-fosforan. Tym sposobem ATP i
NADPH wytwarzane są równocześnie, a pięć z sześciu węgli glukozo-6-fosforanu
pojawia siÄ™ w pirogronianie.
3 glukozo-6-fosforan + 6 NADP+ + 5 NAD+ + 5 Pi + 8 ADP 5 pirogronian
+ 6 NADPH + 5 NADH + 8 ATP + 2 H20 + 8 H+ +3CO2
Biochemia, dr inż. Aneta Białkowska
SZLAK PENTOZOFOSFORANOWY - ENZYMY
1. Wzajemne oddziaływania szlaków glikolitycznego i
pentozofosforanowego umo\
liwiajÄ… dostosowanie stÄ™\
enia NADPH, ATP
i związków budulcowych, takich jak rybozo-5-fosforan i pirogronian, do
stale zmieniających się potrzeb komórki.
2. Reakcje szlaku pentozofosforanowego przebiegajÄ… znacznie mniej
intensywnie w mięśniu szkieletowym ni\
w tkance tłuszczowej.
3. Jest to całkowicie zgodne z hipotezą zakładającą, \
e główna rola szlaku
pentozofosforanowego polega na dostarczaniu NADPH niezbędnego do
biosyntez redukcyjnych.
SZLAK PENTOZOFOSFORANOWY - ENZYMY
4. Du\
e ilości NADPH są zu\
ywane w tkance tłuszczowej podczas
redukcyjnej syntezy kwasów tłuszczowych z acetylo-CoA oraz w
gruczole mlekowym w czasie laktacji.
Tkanki, w których jest aktywny szlak pentozofosforanowy
Tkanka Funkcje
Nadnercze Synteza steroidów
Wątroba Synteza kwasów tłuszczowych i cholesterolu
Jądra Synteza steroidów
Tkanka tłuszczowa Synteza kwasów tłuszczowych
Jajniki Synteza steroidów
Gruczoł mleczny Synteza kwasów tłuszczowych
Krwinki czerwone Utrzymywanie glutationu w stanie zredukowanym.