1,5-διφωσφορική ριβουλόζη

Η 1,5-διφωσφορική ριβουλόζη (Ribulose 1,5-bisphosphate, RuBP) είναι μια οργανική ουσία που εμπλέκεται στη φωτοσύνθεση, ιδίως ως ο κύριος δέκτης  στα φυτά. Είναι ένα άχρωμο ανιόν, ένας διπλός φωσφορικός εστέρας της κετοπεντόζης (σάκχαρο που περιέχει κετόνη με πέντε άτομα άνθρακα) που ονομάζεται ριβουλόζη. Τα άλατα του RuBP μπορούν να απομονωθούν, αλλά η κρίσιμη βιολογική του λειτουργία συμβαίνει σε διάλυμα. Το RuBP εμφανίζεται όχι μόνο στα φυτά αλλά σε όλους τις επικράτειες της ζωής, συμπεριλαμβανομένων των αρχαίων, βακτηρίων και ευκαρυωτών.
Ιστορικό
Το RuBP ανακαλύφθηκε αρχικά από τον Andrew Benson το 1951 ενώ εργαζόταν στο εργαστήριο του Melvin Calvin στο UC Berkeley. Ο Calvin, ο οποίος ήταν μακριά από το εργαστήριο τη στιγμή της ανακάλυψης και δεν είχε αναφερθεί ως συν-συγγραφέας, αφαίρεσε αμφιλεγόμενα το πλήρες όνομα του μορίου από τον τίτλο της αρχικής εργασίας, προσδιορίζοντάς το αποκλειστικά ως "ριβουλόζη". Εκείνη την εποχή, το μόριο ήταν γνωστό ως διφωσφορική ριβουλόζη (RDP ή RuDP), αλλά το πρόθεμα από di- άλλαξε σε bis- για να τονιστεί η μη γειτνίαση των δύο φωσφορικών ομάδων.

 Ο ρόλος στη φωτοσύνθεση και στον κύκλο Calvin-Benson 
Το ένζυμο καρβοξυλάση-οξυγενάση της 1,5-διφωσφορικής ριβουλόζης (rubisco) καταλύει την αντίδραση μεταξύ RuBP και διοξειδίου του άνθρακα. Το προϊόν είναι το εξαιρετικά ασταθές ενδιάμεσο με έξι άνθρακα γνωστό ως 1,5-διφωσφορική 3-κετο-2-καρβοξυαραβινιτόλη ή 1,5-διφωσφορική 2'-καρβοξυ-3-κετο-D-αραβινιτόλη (2'-carboxy-3-keto-D-arabinitol 1,5-bisphosphate, CKABP). Αυτό το ενδιάμεσο με έξι άτομα άνθρακα β-κετοοξύ ενυδατώνεται σε ένα άλλο ενδιάμεσο έξι άτομα άνθρακα με τη μορφή μιας δίδυμης διόλης (gem-diol). Αυτό το ενδιάμεσο στη συνέχεια διασπάται σε δύο μόρια 3-φωσφογλυκερικού (3-phosphoglycerate, 3-PGA) που χρησιμοποιείται σε μια σειρά μεταβολικών οδών και μετατρέπεται σε γλυκόζη.
Στον κύκλο του Κάλβιν, το RuBP είναι προϊόν της φωσφορυλίωσης της 5-φωσφορικής ριβουλόζης (που παράγεται από 3-φωσφορική γλυκεριναλδεΰδη) με ATP.
 Αλληλεπιδράσεις με rubisco 
Το RuBP δρα ως αναστολέας ενζύμου για το ένζυμο rubisco, το οποίο ρυθμίζει την καθαρή δραστικότητα της δέσμευσης του άνθρακα. Όταν το RuBP δεσμεύεται σε μια ενεργή θέση του rubisco, η δυνατότητα ενεργοποίησης μέσω καρβαμυλίωσης με  και  αποκλείεται. Η λειτουργικότητα της ενεργάσης του rubisco περιλαμβάνει την αφαίρεση του RuBP και άλλων ανασταλτικών δεσμευμένων μορίων για να επανενεργοποιηθεί η καρβαμυλίωση στην ενεργή θέση.

 Ρόλος στη φωτοαναπνοή 
Το Rubisco καταλύει επίσης το RuBP με οξυγόνο () σε μια αλληλεπίδραση που ονομάζεται φωτοαναπνοή, μια διαδικασία που είναι πιο διαδεδομένη σε υψηλές θερμοκρασίες. Κατά τη φωτοαναπνοή, το RuBP συνδυάζεται με το  για να γίνει 3-PGA και φωσφογλυκολικό οξύ. Όπως και ο κύκλος Calvin-Benson, η φωτοαναπνευστική οδός έχει σημειωθεί για την ενζυματική της αναποτελεσματικότητα  αν και αυτός ο χαρακτηρισμός της ενζυματικής κινητικής του rubisco έχει αμφισβητηθεί. Λόγω της ενισχυμένης καρβοξυλίωσης του RuBP και της μειωμένης οξυγόνωσης του rubisco που προέρχεται από την αυξημένη συγκέντρωση του  στο έλυτρο δέσμης, οι ρυθμοί φωτοαναπνοής μειώνονται σε φυτά . Ομοίως, η φωτοαναπνοή περιορίζεται στη φωτοσύνθεση CAM (Crassulacean acid metabolism) λόγω κινητικών καθυστερήσεων στην ενεργοποίηση ενζύμων, που προέρχονται και πάλι από την αναλογία διοξειδίου του άνθρακα προς οξυγόνο.

Μέτρηση
Το RuBP μπορεί να μετρηθεί ισοτοπικά μέσω της μετατροπής του  και του RuBP σε 3-φωσφορική γλυκεριναλδεΰδη. Το G3P μπορεί στη συνέχεια να μετρηθεί χρησιμοποιώντας μια ενζυματική οπτική δοκιμασία. Δεδομένης της αφθονίας του RuBP σε βιολογικά δείγματα, μια πρόσθετη δυσκολία είναι η διάκριση συγκεκριμένων δεξαμενών του υποστρώματος, όπως το εσωτερική RuBP σε έναν χλωροπλάστη έναντι του εξωτερικού. Μια προσέγγιση για την επίλυση αυτού είναι με αφαιρετικό συμπέρασμα ή μέτρηση του συνολικού RuBP ενός συστήματος, αφαιρώντας μια δεξαμενή (π.χ. με φυγοκέντρηση), επαναμέτρηση του συνολικού RuBP και χρήση της διαφοράς για να συναχθεί η συγκέντρωση στο δεδομένο χώρο αποθήκευσης.
Παραπομπές

Κατηγορία:Φωτοσύνθεση
Κατηγορία:Οργανοφωσφορικά
Κατηγορία:Παράγωγα μονοσακχαριτών