Un risultato importante del flusso di elettroni dall’acqua al NADP+ è la formazione di un gradiente protonico. Questo gradiente può essere mantenuto grazie all’impermebilità ai protoni della membrana del tilacoide. L’energia insita nel gradiente protonico è detta forza motrice protonica

Produzione dei protoni (H+)

L’assunzione del protone nel processo di riduzione rende lo stroma più basico rispetto al lume dei tilacoidi favorendo la formazione della forza motrice protonica

Il movimento degli elettroni produce un gradiente di pH tra lume dei tilacoidi (acido) e stroma (basico) che viene utilizzato come fonte di energia per la sintesi di ATP nello stroma La forza motrice protonica generata dalle reazioni alla luce è convertita in ATP dall’ATP sintasi dei cloroplasti

NADPH e ATP, i prodotti delle reazioni alla luce della fotosintesi, sono entrambi rilasciati nello stroma, in modo da essere utilizzati nelle successive reazioni che avverranno al buio e che convertiranno la CO2 in carboidrati

Flusso ciclico di e-: fotofosforilazione ciclica Quando il rapporto NADPH/NADP+ è molto alto, può accadere che non vi sia sufficiente NADP+ per accettare gli e- provenienti dalla ferredossina ridotta. In tal caso gli e- provenienti dalla ferredossina sono trasferiti a ritroso al complesso del citocromo bf anziché al NADP+ riducendo la plastocianina che viene quindi riossidata dal P700* per completare il ciclo. Il risultato netto di questo flusso ciclico di e- è il pompaggio di protoni da parte del citocromo bf. Il gradiente protonico che ne risulta fornisce l’energia per la sintesi di ATP indipendentemente dalla formazione di NADPH. Il PSII non partecipa alla fotofosforilazione ciclica e quindi non si forma O2 da H2O

Esiste una via alternativa alla via Z, per gli elettroni che arrivano dal centro di reazione P700 del fotosistema I, che aumenta la versatilità della fotosintesi.L'elettrone ad alto potenziale della ferrodossina Fd può essere trasferito al citocromo bf (invece che a NADP+) e ritornare alla forma ossidata del P700 attraverso la plastocianina PC. Il flusso di elettroni pompa protoni nel lume del tilacoide. In questo processo viene generato ATP senza la formazione contemporanea di NADPH.Il PSII non partecipa alla fotofosforilazione ciclica; questa avviene quando non vi è più NADP+ per accettare elettroni dalla ferrodossina ridotta.

Struttura ADP-ATP L’ATP è un trasportatore di energia

STRUTTURA DELL’ATP SINTASI L’ATP sintasi è una pompa protonica detta anche complesso CF1-CF0. CF0 è localizzato all’interno della membrana del tilacoide mentre CF1 si trova sul versante stromale della membrana del tilacoide I protoni attraversano la membrana del tilacoide attraverso CF0, mentre CF1 catalizza la formazione di ATP da ADP e Pi. L’ATP neosintetizzato è rilasciato direttamente nello stroma

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La subunità polipeptidica F1 è costituita da tre subunità proteiche α 3 subunità proteiche β, organizzate in dimeri α-β disposte come gli spicchi di un'arancia. Al centro vi è la subunità γ che si collega alla struttura della porzione F0. Associate a F1 vi sono altre subunità, δ ed ε.

La porzione Fo è costituita da una subunità a, 2 subunità b e 10 subunità c organizzate queste ultime come un mazzetto di fiammiferi. Il passaggio dei protoni attraverso il canale creato dalle subunità c della F0 determina la rotazione della subunità γ che a sua volta provoca il cambiamento conformazionale contemporaneo dei 3 dimeri α-β e la sintesi di ATP. 12

La catalisi rotazionale è il meccanismo catalitico usato nella sintesi di ATP da parte dell'enzima ATP sintasi, proposto da Boyer nel 1993. Futai nel 1999 dimostrò sperimentalmente la rotazione del cilindro c che compie scatti di 120°. L'energia liberata dal rientro dei protoni causa la rotazione delle subunità dell'ATP sintasi.

Sulla porzione F1 vi sono 3 siti attivi che catalizzano a turno la sintesi di ATP: uno di questi siti si trova in conformazione β-ATP (che lega ATP), un altro in β-ADP e l'ultimo sito in β-vuoto (incapace di legare ATP). La forza motrice protonica provoca la rotazione dell'asse centrale c che entra in contatto con le subunità β. Ciò causa una modifica conformazionale cooperativa in cui il sito β-ATP viene convertito in β-vuoto rilasciando ATP; quindi il sito β-vuoto passa in conformazione β-ADP che lega debolmente ADP e gruppo fosfato dal solvente e per ultimo il sito β-ADP viene convertito nella conformazione β-ATP a promuovere la condensazione di ADP e Pi. 19

Modello del cambiamento conformazionale 20

ATP-sintasi, quella del cloroplasto è attiva solo alla luce stroma matrice spazio intermembrana lumen 21

I protoni fluiscono all’esterno del lume, nello stroma, attraverso l’ATP sintasi

Fotofosforilazione e- e protoni di muovono vettorialmente nella fase luminosa . Complessi proteina-clorofilla orientati nei tilacoidi in modo che il trasporto elettronico sia orientato verso l’esterno e i protoni liberati verso l’interno (lume). H+ provengono da : Fotolisi dell’acqua PQB accetta H+ dallo stroma prima di lasciare PSII PQ mobile trasporta H+ da stroma a lume NADP+ prende protoni dallo stroma per passare nella forma ridotta (quando NADP+ è insufficiente fotofosforilazione ciclica) L’accumulo di protoni nel lume con il trasferimento di elettroni aumenta il potenziale del tilacoide verso l’interno costituendo un gradiente di potenziale chimico in grado di compiere lavoro, che viene energeticamente associato alla sintesi di ATP (fotofosforilazione)

Al flusso di elettroni è accoppiata la formazione di un gradiente di protoni attraverso la membrana.

Teoria chemiosmotica per la sintesi di ATP (presupposti) - Membrana Chiusa Asimmetrica Impermeabile agli ioni - Presenza di un flusso di e- - Presenza di un sistema enzimatico (ATP-asi)

Le reazioni al buio sono dette ciclo di Calvin Le reazioni alla luce trasformano l’energia luminosa in ATP e potere riducente sotto forma di NADPH. La seconda parte della fotosintesi utilizza queste materie prime per ridurre il C della CO2 in zuccheri. Le reazioni al buio sono dette ciclo di Calvin

Nella prima parte della fotosintesi i fotosistemi I e II hanno prodotto un quantitativo di ATP e NADPH tale da riuscire ad ossidare un quantitativo sufficiente di molecole di anidride carbonica. Il risultato finale della seconda parte di reazioni fotosintetiche è la creazione di composti ad alta energia come gli zuccheri.

Il ciclo di Calvin Si compone di tre fasi: 1 fissazione della CO2 nella molecola di ribulosio 1,5-bifosfato a formare 2 di 3-fosfoglicerato 2 riduzione del 3-fosfoglicerato a formare zuccheri a 6 atomi di C 3 rigenerazione del ribulosio 1,5-bifosfato

La fase 1 è fortemente esoergonica ed è catalizzata dalla ribulosio 1,5 bifosfato carbossilasi/ossigenasi detta rubisco, un enzima localizzato sulla superficie stromale delle membrane tilacoidali dei cloroplasti

Struttura della rubisco L8S8 La rubisco è formata da 8 grandi subunità (L) e da 8 subunità piccole (S). I siti attivi sono localizzati nelle subunità grandi, mentre le catene S potenziano l’attività catalitica delle catene L. E’ l’enzima più abbondante nelle piante e probabilmente la proteina più abbondante nella biosfera. E’ presente in quantità rilevanti in quanto è un enzima inefficiente: agisce lentamente. 30

Fase 1e fase 2

Poiché il primo composto stabile che si forma dopo la fissazione della CO2, il PGA, contiene 3 atomi di carbonio, il ciclo di Calvin-Benson viene anche chiamato ciclo C3.

Fase 2: riduzione Il 3-fosfoglicerato viene convertito in 1,3-difosfoglicerato poi ridotto a gliceraldeide 3-fosfato (GAP). 2 GAP formano poi il fruttosio 1,6-bifosfato, poi trasformato in un pool dell’esosio monofosfato (glucosio 1-fosfato, glucosio 6-fosfato e fruttosio 6-fosfato). Queste reazioni convertono la CO2 in un esoso a spese del NADPH e dell’ATP generati nelle reazioni alla luce

FORMAZIONE DELL’ESOSO FOSFATO Pool di esosio monofosfato 1 fruttosio 1,6-bifosfato 2 gliceraldeide 3-fosfato diidrossi acetone fosfato 2 NADP+ 2 NADPH 2 1,3-bifosfoglicerato 2 ADP 2 ATP 2 3-fosfoclicerato

Fase 3: rigenerazione Bisogna rigenerare il ribulosio 1,5-bifosfato che è l’accettore di CO2 della fase 1. Il problema è che bisogna sintetizzare uno zucchero a 5 atomi di C a partire da uno zucchero a 6 atomi del pool dell’esosio monofosfato e da una molecola a 3 atomi di C come la gliceraldeide 3-fosfato. Questo processo di riordinamento degli atomi di C avviene principalmente grazie a una transchetolasi e di una transaldolasi. Con questi enzimi avviene la costruzione dello zucchero a 5 atomi di C.

Reazione globale della fase 3 Fruttosio 6-fostato + 2 gliceraldeide 3-fosfato + diidrossiacetone fosfato + 3 ATP 3 ribulosio 1,5 bifosfato + 3 ADP

Il ciclo di Calvin è un processo che richiede energia, ma quanta Il ciclo di Calvin è un processo che richiede energia, ma quanta? Per poter dare una risposta possiamo fare passo passo le reazioni del ciclo di Calvin ipotizzando, come base, tre molecole di ribulosio-1,5-bisfosfato. Con tre molecole di questo zucchero bisostituito si generano sei molecole di 3-fosfoglicerato che necessitano di sei molecole di ATP per essere trasformate in 1,3-bisfosfoglicerato, usando quindi una molecola di ATP per singola molecola di 3-fosfoglicerato. Le sei molecole di 1,3-bisfosfoglicerato per essere ridotte a 6 molecole di gliceraldeide 3-fosfato necessitano di 6 molecole di NADPH, anche qui una molecola di NADPH per singola molecola di 1,3-bisfosfoglicerato ridotta. Di queste sei molecole di gliceraldeide-3-fosfato una sola servirà per la sintesi di zuccheri mentre le rimanenti cinque provvederanno alla rigenerazione di tre molecole di ribulosio-1,5-bisfosfato usando altre tre molecole di ATP. Facendo le dovute somme per rigenerare 3 molecole di ribulosio-1,5-bisfosfato e per rendere disponibile una molecola di gliceraldeide-3-fosfato per le vie biosintetiche sono necessarie 9 molecole di ATP e 6 di NADPH.

ATP e NADPH prodotti nelle reazioni luminose essenziali per produrre CO2 40

Il ciclo di Calvin è regolato dalle condizioni ambientali La rubisco è uno degli enzini più importanti per la vita in quanto fornisce molecole di C organico per l’intera biosfera. Però questo enzima può catalizzare reazioni collaterali dispendiose: talvolta reagisce con l’O2 invece che con la CO2 catalizzando una inutile reazione ossigenasica che si chiama fotorespirazione perché viene consumato O2 e rilasciata CO2. Questa reazione è uno spreco perché il carbonio organico viene convertito in CO2 senza la produzione di ATP o NADPH.

L’attività ossigenasica della rubisco aumenta più rapidamente con la T di quanto non faccia l’attività carbossilasica andando a costituire un problema per le piante tropicali. Quindi come fanno le piante che crescono in climi caldi a impedire che la fotorespirazione avvenga a velocità elevate?

La via del C4 delle piante tropicali

FOTOSINTESI NELLE PIANTE C4   Esempio di adattamento all’ambiente di piante di famiglie tropicali e subtropicali (mais, sorgo, canna da zucchero, erbe infestanti). Presenta i seguenti vantaggi: velevate rese fotosintetiche velevata crescita vbassa fotorespirazione vbassa perdita di acqua 44

In ambienti tropicali alte T  piccola apertura degli stomi  Concentrazione di CO2 inferiore intervento PEP carbossilasi 45

Piante C4 hanno una struttura fogliare non comune. ANATOMIA DI KRANZ= doppia corona di cellule intorno ai vasi. Corona + interna  cellule della guaina del fascio Corona + esterna  cellule del mesofillo Entrambe le cellule hanno cloroplasti, ma quelle della guaina normalmente con pochi grana.   Il ciclo di Calvin si ha prevalentemente nelle cellule della guaina del fascio, mentre nelle cellule del mesofillo si producono ATP e NADPH necessari per formare malato (aspartato) e PEP. 46

La via del C4 inizia in una cellula del mesofillo con la condensazione della CO2 con il fosfoenolpiruvato (PEP) a formare ossalacetato in una reazione catalizzata dalla fosfoenolpiruvato (PEP) carbossilasi. L’ossalacetato è poi convertito in malato da una malato deidrogenasi NADP+ dipendente. Il malato entra poi nelle cellule della guaina del fascio dove è decarbossilato ossidativamente da una malato deidrogenasi NADP+ dipendente. La CO2 rilasciata entra nel ciclo di Calvin nel modo consueto reagendo con il ribulosio 1,6-difosfato. Il piruvato che si forma in questa reazione ritorna alla cellula del mesofillo formando fosfoenolpiruvato ad opera della piruvato-Pi chinasi 47

La via del C4 inizia in una cellula del mesofillo con la condensazione della CO2 con il fosfoenolpiruvato a formare ossalacetato in una reazione catalizzata dalla fosfoenolpiruvato carbossilasi. L’ossalacetato è poi convertito in malato da una malato deidrogenasi NADP+ dipendente. Il malato entra poi nelle cellule della guaina del fascio dove è decarbossilato ossidativamente da una malato deidrogenasi NADP+ dipendente. La CO2 rilasciata entra nel ciclo di Calvin nel modo consueto reagendo con il ribulosio 1,6-difosfato. Il piruvato che si forma in questa reazione ritorna alla cellula del mesofillo formando fosfoenolpiruvato ad opera della piruvato-Pi chinasi 48

Piruvato dichinasi catalizza la fosforilazione del piruvato mediante scissione pirofosforica con consumo di 2 ATP impiegando anche gli enzimi pirofosfatasi e adenilato chinasi. 50

1. specie che usano l’E NADP+malico PEPcarbossilasi l'enzima che catalizza la sintesi di acido ossalacetico ha per substrato HCO3- (la cui conc. è regolata dall’E carbonico anidrasi) con attività maggiore rispetto alla RubisCo e non ha attività ossigenasica.   L’OAA formato dalla reazione del PEP con HCO3- viene successivamente trasformato in malato o aspartato. Percorso per raggiungere il sito di decarbossilazione ha 3 distinte opzioni per 3 sottogruppi: 1.  specie che usano l’E NADP+malico 2.   specie che usano l’E NAD+ malico 3.   specie che usano l’E PEPcarbossichinasi  funzioni della condizioni anatomiche e fisiologiche 51

La reazione complessiva della via del C4 é: CO2 (nella cellula del mesofillo) + ATP + H2O CO2 (nella guaina del fascio) + AMP + 2Pi + H+ La fotorespirazione nelle piante C4 è modesta in quanto l’elevata C di CO2 nelle cellule della guaina del fascio accelera la reazione carbossilasica rispetto alla reazione ossigenasica

Le piante C4 sono tipiche delle regioni tropicali in quanto si avvantaggiano di ambienti caldi e molto illuminati. Le piante C3 crescono meglio a T inferiori rispetto alle C4 per cui predominano nelle zone temperate

Gli alberi sono piante C3 e rappresentano il 95% delle C3 Il grano è una C4

fissazione CO2 nel mesofillo decarbossilazione CO2 nel bundle sheat. Le reazioni di carbossilazione e decarbossilazione sono fisicamente separate: fissazione CO2 nel mesofillo decarbossilazione CO2 nel bundle sheat.  Effetto netto del ciclo C4  trasferimento di CO2 da un comparto all’altro a spese di 2 ATP e aumento della concentrazione di 10 volte rispetto al C3. CO2 liberata non può tornare indietro  Costo energetico del ciclo C4  5 ATP per i primi 2 enzimi e 4 ATP per la PEPcarbossichinasi (attivata da trioso ed esoso e inibita da malato) Maggior consumo energetico compensato da più elevate rese fotosintetiche che determinano una maggiore produzione di saccarosio. Efficienza non influenzata dalla T tra 30-45°C, migliore conservazione dell’acqua e di uso dell’N rispetto alla C3. 55

FOTOSINTESI NELLE PIANTE CAM   Si realizza nelle crassulacee, bromeliacee (ananas), orchidacee, angiosperme, liliacee etc. Queste piante perdono 10-100g di acqua ogni g di CO2 organicata contro 250-300 g nelle C4 e 400-500g nelle C3. Meccanismo simile alla C4 ma fissazione e decarbossilazione separate nel tempo e non spazialmente (il processo avviene in una sola cellula). Esistono: CAM obbligatorie CAM facoltative 56

- NADP-malico dipendente - NAD-malico dipendente - PEP-carbossichinasi Non hanno anatomia fogliare specializzata ma stomi chiusi di giorno e aperti di notte. v  Di notte  apertura stomi assimilazione CO2  carbossilazione da PEP proveniente da amido  formazione di ossalacetato ridotto a malato e chiusura in vacuolo tutta la notte. v  Di giorno  chiusura stomi, apertura vacuoli decarbossilazione ad opera di enzimi: -        NADP-malico dipendente -        NAD-malico dipendente -        PEP-carbossichinasi tutti enzimi citosolici e la CO2 prodotta usata nel ciclo di Calvin 57

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Regolazione PEP carbossilasi ß  La CO2 liberata viene ridotta a trioso nel ciclo RPP. L’elevata conc. di anidride carbonica sopprime la fotorespirazione. Il trioso ottenuto ripristina le riserve di amido e può anche essere convertito in saccarosio. Regolazione PEP carbossilasi ß                  Attivato da glucosio-6P e inibito da malato di notte insensibile all’acido malico; di giorno inibita da basse conc. acido malico passaggio da una forma all’altra con meccanismo di fosforilazione-defosforilazione (enzima fosforilato di notte). Piante a metabolismo misto diventano C3 se innaffiate regolarmente. Quindi l’espressione genica CAM è suscettibile al controllo ambientale (evoluzionisticamente prima C3, poi CAM e poi C4). 59

NDP-zuccheri idonei per reazioni biosintetiche perchè: Il glucosio viene trasformato in forme polimeriche previa attivazione dell’OH anomerico con un nucleotide. Zucchero legato a nucleotide  substrato di reazioni di polimerizzazione  formazione di disaccaridi, glicogeno, amido, cellulosa, pectine( polisaccaridi fibrillari e di matrice). NDP-zuccheri idonei per reazioni biosintetiche perchè: Formazione avviene ad alta energia perché accompagnato da scissione pirofosforica La molecola contiene nel complesso molti gruppi che possono interagire con E I nucleotidi sono eccellenti gruppi uscenti attivando i C verso attacchi nucleofilici Il nucleotide è una etichetta che distingue molecole identiche usate per scopi biosintetici diversi. 60

Acidi nucleici (via pentosio fosfati) Energia (glicolisi) A.A. Il triosoP esportato dal cloroplasto in parte viene riossidato e reimportato come PGA il rimanente segue diverse vie metaboliche in funzione dello stadio di sviluppo del tessuto fogliare. Foglie immature fotosintato trattenuto nella foglia per la sintesi di : Lipidi Acidi nucleici (via pentosio fosfati) Energia (glicolisi) A.A. Cellulosa Componenti parete cellulare Foglie mature  fotosintato diretto alla sintesi del saccarosio esportato attraverso il floema alle parti non fotosintetiche della pianta (radici, gemme, frutti) 61

Nucleotidi coinvolti: ATP GTP CTP UTP 62

Sintesi del saccarosio Gli enzimi della sintesi del saccarosio: ·         Saccarosiofosfato P sintasi ·         Saccarosio fosfatasi 63

Saccarosio sintasi catalizza anche la reazione inversa e associata a tessuti ad alta concentrazione di saccarosio e più probabile che ne catalizzi la scissione. La sua scissione è catalizzata anche dall’invertasi. 64

Questo ciclo funziona su:    1.  Piante a C3 (I prodotto 3P-glicerato) 2.  Piante a C4 (I prodotto malato o aspartato) 3.  Piante a CAM (crassulacee acid methabolism)

Il ciclo consta di 13 reazioni e si può dividere in 3 fasi:   Carbossilazione Riduzione Rigenerazione

Stechiometria dell’assimilazione di CO2nel ciclo di Calvin

3 RuBP + 3 CO2 + 3 H2O + 6 NADPH + 6 H+ + 9 ATP ==> 3 RuBP + 6 NADP+ + 8 Pi + 9 ADP + 1 gliceraldeide-3-P Per rigenerare 9 ATP (con soli 8 Pi) c’è bisogno di importare dal citosol nello stroma un gruppo fosfato (ANTIPORTO Pi-trioso fosfato (DHAP)) sulla membrana interna dei cloroplasti, impermeabile agli altri composti. L'ADP, il Pi e il NADP+ ottenuti dal ciclo C3 sono di nuovo disponibili per ricevere energia nelle reazioni della fase luminosa e vengono quindi riciclati per formare nuovi ATP e NADPH. Per la mancanza di Rubisco e ribulosio-5-P-chinasi gli animali non possono convertire la CO2 in glucosio.

FOTORESPIRAZIONE   La RubisCO può funzionare come carbossilasi o come ossigenasi. Come ossigenasi induce un processo apparentemente in perdita, ma con una sua funzione fisiologica. RubP + O2+ H2O 3PGA + PG Il PGA rientra nel ciclo di Calvin Il PG segue la VIA DEL GLICOLATO coinvolgendo 3 organelli: 1.  cloroplasto 2.  perossisoma 3.  mitocondrio Nel ciclo si sintetizzano 2 amminoacidi (glicina e serina) e si libera CO2 e NH3 CO2 ed O2 competono per gli stessi siti attivi della RubisCO. CO2 ed O2 hanno diversa affinità per l’enzima KM C02= 20 mM KM 02= 200 mM  Nell’aria 21% O2 e 0.03% CO2 Quindi tutte e 2 le reazioni contribuiscono al consumo di ribulosio-1,5-bifosfato

Via del glicolato Si divide tra 3 compartimenti cellulari. L’E glicina carbossilasi è presente in grandi quantità nei mitocondri delle piante C3. O2 consumato in 2 tappe Spostamento tra diversi compartimenti con trasportatori

Ogni 2 PG  liberazione CO2(a) ed NH3(b) Riciclata per formare zuccheri Riciclata per sintetizzare a.a. (velocità 10 volte rispetto ad ammoniaca primaria) ¾ del C può rientrare nel ciclo di Calvin. Ciclo C2 incanalato irreversibilmente verso formazione di glicina e serina (fosfoglicolato fosfatasi, glicolato ossidasi, gliossilato-glutammato amminitrasferasi e glicina decarbossilasi fisiologicamente irreversibili) Punto di compensazione  concentrazione di CO2 alla quale fotosintesi eguaglia la fotorespirazione (50 ppm nelle C3 e 5 ppm per C4). Costo fissazione netta di CO2 incrementato in presenza di fotorespirazione con spesa energetica complessiva per fotorespirazione e riorganicazione di ½ CO2 liberata di 4.9 ATP e 3NADPH. Il bilancio complessivo tenendo conto anche del guadagno energetico derivante dal NADH della decarbossilazione complessivamente richiede 6.8 ATP e 7NAD(P)H per CO2 più del doppio rispetto all’organicazione del ciclo C3.

Fissazione di CO2 nel ciclo C3 3 volte maggiore della produzione di CO2 nel ciclo C2 Fotorespirazione apparentemente in perdita (2C ogni 2 O2 fissate) in realtà fisiologicamente importante perché rigenera ADP e NADP+ in condizioni di:         basse concentrazioni di CO2 (es. stomi chiusi)       luce intensa elevata concentrazione O2 alte T Necessaria per la biosintesi di glicina e serina

fotosintesi veloce  necessità elevata disponibilità di ADP e NADP+ Se c’è un elevato processo riduttivo senza accettori finali (NADP+) con elevato gradiente di H+ attraverso le membrane tilacoidali (senza ADP), ciò può danneggiare i pigmenti fotosintetici (danni ossidativi o fotoinibizione da radicali di O). Infatti a stomi chiusi l’eccessiva produzione di O2 da parte del complesso OEC può generare derivati tossici che danneggiano le membrane e i pigmenti. Il consumo di O2 con la fotorespirazione riduce questo rischio dissipando E in eccesso quando CO2 intracellulare è bassa.

3 esosiofosfati punto di interazione tra le reazioni source e quelle sink

Sintesi dell’amido. Catena di a(1-4)-glucano funzionante da “primer"

Biosintesi amido Amido primario  prodotto nel cloroplasto da un accettore preesistente (catena di a(1-4)-glucano come “primer” su cui viene trasferito glucosio da ADP-glucosio mediante amido sintasi). La ramificazione si ottiene con l’E 6-glicosil trasferasi che trasferisce un glucosio in posizione 6 di una molecola accettrice da 30-40 unità. Amido della foglia  amido temporaneo scisso da endo, eso e amilopectina idrolasi fino a maltosio scisso da a-glicosidasi in glucosio. Amido in tessuti di riserva  amido secondario deposto come granuli detti amiloplasti (20-25% amilosio, 75-80% amilopectina) sintetizzati a partire da saccarosio traslocato dai tessuti source per via floematica. Saccarosio idrolizzato da SS o invertasi  triosofosfati importati nei plastidi  sintesi dell’amido o esosiofosfati direttamente importati negli amiloplasti conversione in ADP-glu e sintesi dell’amido.

SINTESI SACCAROSIO E AMIDO   Saccarosio → Carboidrato sintetizzato nel citosol e traslocato nelle piante facilmente perché:           Solubile           Non riducente ed elettricamente neutro           Non idrolizzabile dalle amilasi Privo di effetti inibitori nei processi anche ad alte C Amido → Carboidrato sintetizzato nel cloroplasto e utile come riserva energetica (fino a 80% del peso secco in patate e cereali) Le sintesi di saccarosio e amido sono in competizione 

Sintesi amido - Sintesi saccarosio Per la suddivisione   Sintesi amido - Sintesi saccarosio Partendo entrambe dal trioso sono regolate dalle concentrazioni relative nel citosol e nel cloroplasto di: ·         Pi ·         TriosoP ·         Fruttosio2,6-bifosfato Piante mature in rapida crescita → producono essenzialmente saccarosio per esportarlo via floema alle parti non fotosintetiche

sintesi attiva dell’amido L’enzima della sintesi dell’amido ADPglucosiopirofosforilasi si trova nello stroma e viene stimolato da triosoP e inibito da Pi   Elevato rapporto: [triosoP]/[Pi] ↓ sintesi attiva dell’amido Bassa concentrazione di Pi nello stroma = limitata esportazione di triosofosfato = attivazione sintesi dell’amido Alta concentrazione di Pi nel nello stroma = inibizione sintesi amido e promozione esportazione triosoP verso il citosol = sintesi del saccarosio.

Fruttosio 2,6-bisfosfato regolatore della sintesi del saccarosio a sua volta controllato da Pi, DHAP,e 3-PGA essi stessi metaboliti della sintesi del saccarosio stesso.

Biosintesi cellulosa  da GDP-glucosio mediante enzimi sulla membrana esterna del plasmalemma partendo da 1-glucosio e GTP con E pirofosforilasi e cellulosa-sintetasi  aggancio di glucosio a catena di cellulosa preesistente. Biosintesi pectine  parte dall’acido UDP-galatturonico ottenuto da epimerizzazione dell’acido UDP-glucuronico. Gli E coinvolti nella biosintesi sono dislocati in un complesso lipidico di membrana.

Piante contro Animali Le piante hanno sequenze di reazioni uniche per ridurre la CO2 a triosi fosfato, associate anche alla via riduttiva del pentosio fosfato. Negli animali invece, la sintesi di carboidrati necessita sempre di precursori con almeno tre atomi di C e con uno stato di ossidazione più basso della CO2. Le piante possono utilizzare CO2 come unica fonte di carbonio (autotrofi) per la biosintesi non solo di carboidrati, ma anche di lipidi e proteine. Gli animali invece, non possono ridurre la CO2 per formare glucosio e le poche reazioni di fissazione diretta della CO2 vedono la CO2 immediatamente persa nelle reazioni succesive (piruvato carbossilasi nella gluconeogenesi con CO2 fissato nell’OAA; acetil-CoA carbossilasi nella sintesi degli AG; carbamil fosfato sintetasi I nel ciclo dell’urea).