TAMNA FAZA FOTOSINTEZE svjetlosna energija koju apsorbuju pigmenti

TAMNA FAZA FOTOSINTEZE -svjetlosna energija koju apsorbuju pigmenti vezuje se u obliku ATP i redukovanog NADP -oni su izvor energije za sintezu organskih produkata, u procesima za koje svjetlost nije neposredno potrebna -u » tamnoj fazi fotosinteze « apsorbuje se CO 2 i ugrađuje u organska jedinjenja -primjena radioktivnog izotopa 14 C pomogla da objasni usvajanje i puteva metabolizma CO 2 – Calvin 1961 dobio Nobelovu nagradu – prema njemu put usvojenog ugljenika je dobio ime Calvin-ov ciklus, a danas sve više se naziva » redukcioni pentozo fosfatni put « ili » reduktivni pentozni ciklus « -pošto prvo stabilno jedinjenje ima 3 ugljenikova atoma – zove se i C-3 fotosintetički reduktivni pentozni ciklus – a biljke koje na taj način usvajaju CO 2 zovu se C-3 biljke (izvjesne grupe biljaka fiksiraju CO 2 na drugačiji način – prvi produkt je jedno jedinjenje sa 4 ugljenikova atoma – to je tzv. C-4 put asimilacije ugljenika a biljke C-4 i sukulente)

Redukciono –pentozo-fosfatni put Reduktivni pentozni ciklus 1. Prvi proces, karboksilacija, obuhvata ugrađivanje (fiksaciju ili asimilaciju) CO 2 u organski molekul. Akceptor CO 2 je ribuloza 1, 5 -bisfosfat (Ru-1, 5 -BP) enzim ribulozo 1, 5 -bisfosfat karboksilaza Ru. BPc Ribuloza 1, 5 -bisfosfat (Ru-1, 5 -BP) međuprodukt 2 mol. fosfoglicerinske kiseline (3 -PGA)

-međutim, Ru 1, 5 -BPc može da katališe i reakciju kao oksigenaza pri čemu se kao produkti javljaju jedan molekul fosfoglicerinske kiseline i jedan molekul fosfoglikolata -to znači da dolazi do konkurencije između CO 2 i O 2 pa se ovaj enzim naziva ribulozo 1, 5 bisfosfat karboksilaza-oksigenaza Ru. BPc/o- rubisco Međuprodukt 2 -fosfoglikolat 3 -fosfoglicerinska kiselina -enzim Ru. BPc/o – normalno se nalazi u neaktivnom stanju - za njegovu aktivaciju potrebno je prisustvo CO 2 i Mg jona (prije nego što će reagovati sa CO 2 iz atmosfere) tzv. CO 2 - Mg-kompleks ( optimum p. H 7, 8)

2. U prisustvu 3 -fosfoglicerat kinaze PGA se fosforiliše do 1, 3 - difosfoglicerinske kiseline 3 -fosfoglicerat (PGA) 1, 3 -difosfoglicerat (1, 3 - PGA)

3. 1, 3 -difosfoglicerat se REDUKUJE pomoću triozo fosfata dehidrogenaze ( NADP-gliceralaldehid 3 - fosfatna dehidrogenaza) do gliceraldehid 3 -fosfata (G 3 P ili GAP) –oslobađa se ortofosfat (prvo mjesto) i NADP koji će poslužiti za ponovnu redukciju u svijetloj fazi 1, 3 -difosfoglicerat (DPGA) gliceraldehid 3 -fosfat (G 3 P ili GAP)

REGENERACIJA -10 reakcija 4. gliceraldehid 3 -fosfat (G 3 P ili GAP) se preko enzima trioze fosfata izomeraze djelimično preobraća u izomer dihidroksiaceton fosfat (DHAP) - ova dva izomera se zajedno nazivaju trioze fosfati - to su prva dva šećera koja se pojavljuju u ciklusu gliceraldehid 3 -fosfat (G 3 P ili GAP) dihidroksiacetonfosfat (DHAP)

5. pod dejstvom enzima aldolaze – fruktoze bisfosfat aldolaze dolazi do kondenzacije dvije trioze i obrazuje se fruktoza 1, 6 – bisfosfat (F-1, 6 -BP) gliceraldehid 3 -fosfat (G 3 P ili GAP) dihidroksiacetonfosfat (DHAP) fruktoza 1, 6 – bisfosfat (F-1, 6 -BP) - smatra se da F-1, 6 BP ima posebnu ulogu u RPP putu i da često predstavlja » usko grlo « za dalju sintezu jer njena sinteza zavisi od odnosa triozo fosfata - ovaj dio RPP je identičan sa glikolitičkim razlaganjem F-1, 6 BP na dvije trioze, samo je suprotnog smjera. Iako se radi o istim supstratima i enzimatskim sistemima ovaj proces je u hloroplastima sasvim odvojen od glikolize u citoplazmi (posebna grupa enzima; trioza-fosfatna dehidrogenaza je vezane za NADPH u hloroplastima a u citoplazmi za NAD)

6. fruktoza 1, 6 – bisfosfat pod dejstvom fruktoza 1, 6 – bisfosfatne fosfataze hidrolizom (u prisustvu vode) gubi fosfatnu grupu i daje fruktozu-6 -fosfat (F-6 -P) i neorganski fosfat (Pi) Fruktoza 1, 6 -bisfosfat (F-1, 6 -BP) fruktoza-6 -fosfat (F-6 -P) - ovo je drugo mjesto oslobađanja Pi - enzim fruktoza 1, 6 – bisfosfatna fosfataza ima nisku aktivnost u mraku, a na svjetlosti se povećava u prisustvu Mg 2+

7. Transketolaza djeluje na fruktozu-6 -fosfat (F-6 -P) i gliceraldehid 3 -fosfat (G 3 P ili GAP) koji daju molekul eritroza 4 -fosfat (E-4 -P) i molekul ksiluloza 5 -fosfat (Xu-5 -P) C 6 + C 3 -----C 4 + C 5 fruktoza-6 -fosfat (F-6 -P) gliceraldehid 3 -fosfat (G 3 P ili GAP) eritroza 4 -fosfat ksiluloza 5 -fosfat (E-4 -P) (Xu-5 -P)

8. drugom aldolaznom kondenzacijom, eritroza – 4 fosfat (E-4 -P) i dihidroksiacetonfosfat (DHAP) daju sedoheptulozu 1, 7 – bisfosfat (S-1, 7 -BP) eritroza – 4 fosfat (E-4 -P) dihidroksiacetonfosfat (DHAP) sedoheptuloza 1, 7 -bisfosfat (S-1, 7 –BP)

9. Enzim sedoheptuloza 1, 7 -bisfosfataza (hidrolizom) i od ovog šećera odvaja jednu fosfatnu grupu pa se dobija sedoheptuloza 7 –fosfat (S-7 -P) i neorganski fosfat Pi sedoheptuloza 1, 7 -bisfosfat (S-1, 7 –BP) sedoheptuloza 7 –fosfat (S-7 -P) - enzim je specifičan i djeluje u prisustvu Mg 2+ ili Mn 2+ jona i takođe je aktivan na svjetlosti

10. druga transketolazna reakcija prenosi 2 jedinice ugljenika sa sedoheptuloza 7 – fosfata (S-7 -P) na gliceraldehid 3 -fosfat (G 3 P ili GAP) i obrazuje se riboza 5 -fosfat (R 5 -P) i ksiluloza 5 -fosfat (Xu-5 -P) Sedoheptuloza gliceraldehid 3 -fosfat 7 –fosfata (S-7 -P) (G-3 -P ili GAP) riboza 5 -fosfat (R-5 -P) ksiluloza 5 -fosfat (Xu-5 -P)

11. Riboza 5 -fosfat (R-5 -P) izomeraznom reakcijom daje ribulozu 5 -fosfat (Ru -5 -P) Riboza 5 -fosfat (R-5 -P) ribuloza 5 -fosfat (Ru -5 -P)

12. Ksiluloza 5 -fosfat (Xu-5 -P) izmjenom samo vodonika i hidroksilne grupe na trećem C atomu u prisustvu ribulozo fosfat 3 -epimeraze daje ribulozu 5 -fosfat (Ru 5 -P) Ksiluloza 5 -fosfat (Xu-5 -P) ribuloza 5 -fosfat (Ru-5 -P)

13. Put C u procesu regeneracije završava se fosforilacijom ribuloze 5 -fosfata preko enzima ribuloza-5 -fosfatna kinaza tj. obrazovanjem ribuloze 1, 5 -bisfosfata (Ru-1, 5 -BP) akceptora za CO 2 ribuloza 5 -fosfat (Ru-5 -P) ribuloza 1, 5 -bisfosfat (Ru-1, 5 -BP)

- put ugljenika ima cikličan karakter tzv. Calvin-ov ciklus

- svrha redukciono-pentozno-fosfatnog puta nije samo da se ponovo sintetiše akceptor za CO 2, već se u ovom putu određeni produkti, prije svega trioze fosfati dihidroksiacetonfosfat (DHAP) i gliceraldehid 3 -fosfat (G 3 P ili GAP) koriste za sintezu drugih produkata (autokataliza) koje nazivamo opštim imenom produktima fotosinteze - smatra se da je za odvijanje procesa potrebno da u reakciju uđe 3 molekula CO 2 sa 3 molekula ribuloze 1, 5 -bisfosfata. Od 6 molekula fosfoglicerinske kiseline (3 PGA) 5 se iskoristi za regeneraciju a samo jedan se iskoristi kao neto produkt u obliku trioze fosfata - ako se u ovaj put uključi i oksigenazna aktivnost (fotorespiracija), može se shvatiti da asimilacija i metabolizam ugljenika predstavljaju jedan integrisani proces - pri svakom obrtaju ciklusa jedan molekul CO 2 se ugrađuje u organska jedinjenja i za to su potrebna 2 molekula NADPH i 3 molekula ATP – ova jedinjenja ostvaruju vezu svijetlog procesa fotosinteze, u kome su nastala konverzijom svjetlosne energije, sa tamnim procesom, u kome se ova energija koristi za sintezu organskih jedinjenja