Spis treści Fotosynteza

Spis treści
1 Fotosynteza
1.1 WĘGLOWODANY
2 Cykl Krebsa
2.1 Acetylokoenzym A
Fotosynteza
Jest to złożony, wieloetapowy proces redukcji dwutlenku węgla do substancji zawierających atomy
węgla na niższych stopniach utlenienia. Proces ten zachodzi w roślinach, a energia potrzebna do
jego przebiegu pochodzi ze światła widzialnego (słonecznego), które pochłaniane jest przez zespoły
barwników asymilacyjnych (np. chlorofilu a — rysunek poniżej) i zamieniane na energię chemiczną
wiązań w cząsteczkach ATP i NADPH (faza jasna). Substratem w tej reakcji fotolizy jest woda, a
produktem ubocznym tlen.
Cząsteczka NADP+ (forma utleniona) Cząsteczka ATP
Schemat fotosyntezy
Budowa chlorofilu a
Dinukleotyd nikotynoamidoadeninowy (w formie NADPH) jest czynnikiem redukującym w tzw. fazie
ciemnej fotosyntezy. Nośnikiem energii w tej fazie jest inny nukleotyd — ATP, w którym hydroliza (i
towarzysząca jej hydratacja) bezwodnikowych wiązań P-O-P jest procesem egzoenergetycznym. Faza
ciemna zwana jest też cyklem Calvina (Melvin Calvin, 1911-1997, nagroda Nobla 1967). W tym
niezwykle złożonym cyklu enzymatycznym odbywa się redukcja dwutlenku węgla i stopniowa
konstrukcja układów cukrowych.
Schemat cyklu Calvina
Produktami cyklu Calvina są węglowodany, przede wszystkim popularny monocukier — glukoza.
Przebieg fotosyntezy
Wykorzystanie energii
świetlnej przez liść.
Cały proces fotosyntezy zapisuje się zatem w sposób uproszczony jako:
oznacza energię świetlną. Wydajność kwantowa fotosyntezy wynosi ok. 5%
WĘGLOWODANY
Glukoza jest przedstawicielem obszernej grupy związków naturalnych zwanych sacharydami
(węglowodanami, cukrami)
Ze względu na liczbę jednostek cukrowych w cząsteczce, węglowodany dzielą się na:
cukry proste, inaczej monosacharydy (jednocukry),
dwucukry, inaczej disacharydy,
trójcukry, inaczej trisacharydy,
penta-, heksa-, hepta- itd. sacharydy: oligosacharydy,
wielocukry czyli polisacharydy (glikogen, skrobia, celuloza).
Cukry proste ze względu na ilość atomów węgla w pojedynczej cząsteczce dzielimy na:
triozy o 3 atomach węgla, np. aldehyd glicerynowy;
tetrozy o 4 atomach węgla, np. treoza;
pentozy o 5 atomach węgla, np. ryboza, rybuloza;
heksozy o 6 atomach węgla, np. glukoza, galaktoza i fruktoza.
–D–glukoza
–D–galaktoza
–D–fruktoza
Tabela powyżej zawiera struktury popularnych monocukrów heksoz.
200px
D-glukoza D-mannoza
–D–glukoza
–D–glukoza
–D–mannoza
–D–mannoza
Większość cukrów naturalnych należy do enancjomerów szeregu D–. Powyższe aldoheksozy (glukoza
i mannoza), jak wiele innych cukrów, występują głównie w formie cyklicznej (hemiacetalowej). Atom
węgla C–1 podstawiony jest grupą hydroksylową na dwa sposoby, co zaznacza się odpowiednio na
wzorze taflowym: do dołu (α), albo do góry (β).
Ważnymi monocukrami są także ryboza i deoksyryboza, które zawierają pięć atomów węgla
(pentozy).
D-ryboza
D-deoksyryboza
D–Ryboza wchodzi w skład rybonukleozydów, nukleotydów (np. AMP, ADP, ATP, GTP, CTP, UTP),
dinukleotydów (np. NAD, NADP, FAD), kwasu rybonukleinowego (RNA), niektórych koenzymów
(koenzym A) i witamin (witamina B2 i B12). D–Dezoksyryboza stanowi ważny element struktury
DNA.
Węglowodany spełniają w organizmach wielorakie funkcje:
zapasowe — podczas wieloetapowego spalania 1g glukozy w komórkach wyzwala się 17,2 kJ
energii. U roślin magazynem energii jest głównie skrobia i inulina, a u zwierząt oraz ludzi
glikogen;
transportowa — u roślin transportową formą cukru jest sacharoza, a u zwierząt oraz ludzi
glukoza;
budulcowa (celuloza, hemiceluloza),
wchodzą w skład DNA i RNA,
stanowią modyfikację niektórych białek. Wchodzą w skład licznych receptorów komórkowych
(jako np. glokoproteiny),
hamują krzepnięcie krwi — heparyna,
są materiałem energetycznym (fruktoza) i odżywczym (maltoza, laktoza, rafinoza).
Cykl Krebsa
Cykl Krebsa (cykl kwasu cytrynowego) to przemiany metaboliczne, przebiegające w komórkach
organizmów oddychających tlenem, służący do pozyskiwania energii z rozpadu np. cukrów, czy
tłuszczów.
W cyklu Krebsa utleniany jest acetylokoenzym A (acetylo-CoA) do dwóch cząsteczek dwutlenku
węgla (CO2). Wydzielona energia magazynowana jest w chemicznych nośnikach energii: GTP, NADH
i FADH2.
Sumaryczny wzór cyklu Krebsa to:
acetylo-CoA + GDP + Pi + 3NAD+ + FAD + 2H20 → koenzym-A + GTP + 3NADH + 3H+ + FADH2 +
2CO2
W wyniku utleniania z jednej reszty Acetylo-CoA redukują się 3 cząsteczki NAD i jedna FAD,
powstaje też cząsteczka guanozynotrifosforanu (GTP, równoważnik ATP), sumarycznie daje to 12
cząsteczek ATP zysku z jednej cząsteczki Acetylo-CoA. Niezbędnym uczestnikiem łańcucha
oddechowego jest tlen.
Schemat cyklu Krebsa
Acetylokoenzym A
jest tu cząsteczką centralną.
Budowa Acetylo-CoA
Zawiera on dwuwęglową resztę kwasu octowego (acetyl), przyłączoną do atomu siarki dość słabym
wiązaniem, co czyni tę grupę łatwo migrującą.
Acetylo-CoA jest kluczową cząsteczką wiążącą metabolizm cukrów i tłuszczów. Z jednej strony
glukoza może służyć jako łatwo dostępne źródło energii chemicznej w komórkach.
Jedna cząsteczka glukozy daje w wyniku glikolizy dwie cząsteczki pirogronianu (ang. pyruvate),
który wchodzi następnie do cyklu Krebsa.
Alternatywnie, w warunkach sprzyjających magazynowaniu energii, Ac-CoA wchodzi w zakres
anabolizmu kwasów tłuszczowych, jako form molekularnych pozwalających na odkładanie w
organizmie energetycznych materiałów zapasowych.
Schemat działania enzymu zwanego syntazą kwasów
tłuszczowych.
Rysunek powyżej przedstawia schemat działania enzymu zwanego syntazą kwasów tłuszczowych.
Kolejno następujące po sobie ośmiokrotne przyłączenie cząsteczek acetylo-CoA daje w rezultacie
pierwotny produkt tego procesu: kwas palmitynowy.
Kwas palmitynowy
Inny szlak metabolizmu prowadzi poprzez przemianę acetylo-CoA w pirofosforan izopentenylu (IPP),
który następnie staje się prekursorem licznych terpenoidów.
Uproszczony schemat syntezy lanosterolu
W świecie roślinnym należą do nich monoterpeny — składniki olejków eterycznych (mentol,
kamfora), lub skomplikowane układy, jak alkaloid diterpenowy taksol — związek występujący w
korze cisu i będący bezcennym lekiem antynowotworowym.
Mentol
Kamfora
Taksol
Z kolei w świecie zwierzęcym, lanosterol jest etapem pośrednim w syntezie cholesterolu oraz
wszystkich steroidowych hormonów, kwasów żółciowych i witaminy D.