Fase da carboxilação

FIXAÇÃO DO CO2 EM 3-FOSFOGLICERATO

Como uma primeira pista importante para a natureza da fixação do CO2 nos organismos fotossintéticos, Calvin e seus associados iluminaram uma suspensão de algas verdes na presença de dióxido de carbono radioativo (14CO2) por apenas alguns segundos. A seguir, eles mataram rapidamente as células, extraíram seu conteúdo e, com a ajuda de métodos cromatográficos, procuraram pelos marcados pelo carbono radioativo. O primeiro composto a se tornar marcado foi o 3-fosfoglicerato, com o 14C predominantemente localizado no átomo de carbono carboxila. Este átomo não se torna rapidamente marcado nos tecidos animais na presença de CO2 radioativo. Esses experimentos sugeriam fortemente que o 3-fosfoglicerato é um intermediário precoce na fotossíntese. A enzima presente nos extratos de folhas verdes que catalisa a incorporação de CO2 na forma orgânica é a ribulose-1,5-bifosfato carboxilase (Rubisco). Como uma carboxilase, a rubisco catalisa a ligação covalente do CO2 ao açúcar com cinco átomos de carbono ribulose-1,5-bifosfato e a clivagem do intermediário instável de seis carbonos para formar duas moléculas de 3-fosfoglicerato, uma das quais carrega um novo carbono introduzido como CO2 em seu grupo carboxila. A enzima rubisco de vegetais tem estrutura complexa. Existem oito grandes subunidades (cada uma com M 56000), cada uma contendo um sítio ativo e oito unidades pequenas (cada uma com M 14000), cujas funções ainda não são bem compreendidas. A enzima está no estroma do cloroplasto e representa até perto de 50% da proteína total do mesmo. A rubisco, que não ocorre em animais, é a enzima mais abundante na biosfera; ela é a enzima-chave na produção de biomassa a partir de CO2.

A enzima rubisco está sujeita à regulação pela adição covalente de uma molécula de CO2 ao grupo €-amino de um determinado resíduo de lisina para formar um grupo carbamato. Esse carbamato liga-se ao íon Mg2+, o complexo resultante é essencial para a atividade enzimática e pode funcionar diretamente na catálise (Figura 1).

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Figura 1. Primeiro estágio da fixação do CO2. Reação catalisada pela ribulose-1,5-bifosfato carboxilase (rubisco). Acredita-se que o intermediário carboxilato da reação é o β-cetoácido de 6 carbonos que fica ligado à enzima; ele é hidrolisado e liberado da superfície da enzima como dois produtos idênticos com 3 carbonos cada, um deles contém o átomo de carbono originariamente no CO2 (LEHNINGER, 1995).

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