Rubisco (核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶)
Rubisco(核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶)
Ribulose-1,5-bisphosphate carboxylase genase
Rubisco
RuBP
CO2
PGA PGA
Later becomes glucose!
Rubisco
光呼吸的特点
• 三个紧密相连的细胞器
• 吸收O2?，放出CO2？
• C2循环和C3循环的相对速度取决于 如下三因子： Rubisco 的动力学特性 CO2/O2 比值 温度
peroxisome chloroplast
mitochondrion
光呼吸的意义
①减少损失：75%乙醇酸进入碳回收，降低其 对细胞的伤害。
Rubisco 活性调节
Rubisco is slow, being able to fix only 3-10 carbon dioxide molecules each second per molecule of enzyme.
The kinetics of Rubisco involves a two-step mechanism
RuBP
O2
PGA
Photorespiration – these CO2’s did not get incorporated into glucose this time!
phosphoglycolate
CO2
Rubisco 结构
L8S8
大亚基－叶绿体基因编码 小亚基－核基因编码
8个大亚基（56kDa，476aa）， 8个小亚基（14kDa,123aa）， 构成L8S8，每个大亚基上都有活 性位点。
活，水解ATP后与Ruubisco结合， 松动了与RuBP结合能力，RuBP 撤离。 •CO2结合到Rubisco活性位点上后， Mg2＋迅速结合上，改变酶构象 而使之具催化功能。
Jensen R G PNAS 2000, 97:12937-12938
光
Ruubisco是光调节酶 光对其转录水平的影响：大、小亚基的转录都受光的调节（红光促
第七章 光合作用II 碳同化（Carbon Assimilation）
The Calvin Cycle
•Where does the Calvin Cycle occur?
-----In the stroma
•What goes into the Calvin Cycle?
-----ATP, NADPH, CO2
还原阶段
6ATP 6ADP
6NADPH 6NADP＋6Pi
3-PGA
1，3-PGA
GAP（G3P）
ATP和NADPH携带能量于GAP 中，成为稳定化学能，以GAP 的形式输送出叶绿体。
Any remaining GAP（G3P ） molecules are used to regenerate RuBP to be used in the Calvin Cycle.
CO2固定
还原
再生
14步反应， 均在叶绿体 基质中进行。
CO2固定(羧化)阶段
3CO2+3RuBP Rubisco 6 3-PGA
•3 CO2 molecules enter the cycle • Rubisco attaches the CO2 to RuBP • A 6-C molecule results • 6-C molecule immediately splits into 2 molecules of 3-PGA
First, forming enzyme–CO2–Mg2+ (E–C–M) ternary complex.
Second, catalysis with RuBP binding and products formed by reaction with either CO2 or O2.
Regulating factors: Ions, Rubisco activase, light
Ions---H+ and Mg2+
Rubisco位于叶绿体基质中。光下、叶绿体基质中的pH值由7.0 升至8.0，是进行催化反应最适pH值。与此偶联，Mg2+从类囊 体腔进入基质，与Rubisco酶结合而使之活化。
Rubisco activase
光下
•核基因编码。 •暗中与RuBP紧密结合，非活性。 •光下，活化酶先由硫氧还蛋白激
•What comes out of the Calvin Cycle?
-----Sugar, ADP, NADP+
Discovery of the Calvin Cycle
研究方法： 14C 同位素标记与测定技术 双向纸层析技术
1961年，卡尔文因研究光合作用的重大成就荣获 该年度诺贝尔化学奖。(UC， Berkely) 10年工作!
3CO2+9ATP+6NADPH + 5H2O→GAP+9ADP+8Pi+6NADP++3H+ 能量转化率= 2804/(12*217 + 18*29) = 89.7%
每还原3个CO2可输出1个磷酸丙糖(3-P-甘油醛)， 需消耗6个NADPH 和和9个ATP。所以每还原1个 CO2需消耗2个NADPH和3个ATP。固定6个CO2可形 成1个磷酸己糖(G6P或F6P)。
进，远红光抑制）；小亚基上游有光调节启动子。 光对酶活性的调节，有昼夜节奏特性。
Rubisco-羧化活性
RuBP
3-PGA
Rubisco
3RuBP+3CO2+3H2O
PGA + 6H+
Photorespiration
• photo-respiration •概念：植物的绿色细胞在光照下有吸收氧气,释放CO2的反应， 由于这种反应仅在光下发生，需叶绿体参与，并与光合作用同 时发生，称作为光呼吸(photorespiration)。 • 发现
Warburg effect
C2-Cycle
chloroplast
peroxisome
mitochondrion
叶 绿
C3循环
磷酸乙醇酸
体
光
过 氧 化 物 体
甘油酸
乙醇酸
呼
O2
吸
乙醛酸
的
丝氨酸
甘氨酸
过
程
线 粒 体
2RuBP+3O2+2ATP+2Fdred→3PGA+CO2+2ADP +3Pi+2Fdox