Rubisco é uma enzima? 9 fatos que você deve saber

Neste artigo, conhecemos 9 Fatos Importantes sobre 'A Rubisco é uma Enzima?', juntamente com sua origem, características, funções e exemplos.

Ribulose Bifosfato Carboxilase Oxigenase é conhecida como RuBisCO. É criado a partir do bifosfato de ribulose de açúcar de cetose de cinco carbonos (RuBP). A enzima que é mais prevalente na terra é RuBisCO. Sua capacidade de ligar tanto CO₂E O₂ em seu sítio ativo lhe confere sua nomenclatura característica.

Vamos discutir alguns fatos e tentar entender “Rubisco é uma enzima?”

Por que a rubisco é uma enzima?
Como a rubisco é uma enzima?
Que grupo de enzima é a rubisco?
Onde a enzima rubisco é encontrada?
Funções da enzima rubisco
Estrutura da enzima rubisco
A rubisco pode ser um substrato?
A enzima rubisco é uma proteína?

Características chave:

Ele se liga ao CO₂ E O₂ com uma forte afinidade, e a ligação é competitiva. Qual dos dois se ligará à enzima depende dos níveis relativos de CO₂ E O₂.
Devido a um mecanismo presente em plantas C4 que eleva a concentração de CO₂ no sítio da enzima, RuBisCO realiza maior carboxilação nessas plantas.
Quando as células da bainha do feixe quebram primeiro o ácido C4 das células do mesofilo durante a rota C4, elas liberam CO₂, o que aumenta o teor de CO₂ dentro das células.
Portanto, RuBisCO atua como uma carboxilase, liga-se às plantas e aumenta a carboxilação.

Por que a rubisco é uma enzima?

A ribulose-1,5-bifosfato carboxilase/oxigenase catalisa a fase limitante da taxa do ciclo de Calvin-Benson, que transforma o carbono atmosférico em uma fonte de carbono fisiologicamente útil (Rubisco). A Rubisco deve ser produzida em grandes quantidades devido à sua baixa especificidade de substrato e taxa catalítica mais lenta.

Ex:

Porque RubisCO é abundante e tem um alto peso molecular na folha da planta cloroplastos de plantas do tipo C3, o fracionamento do extrato de folhas com sulfato de amônio produziu a “Fração 1”, uma fração proteica homogênea que responde por uma quantidade significativa de proteínas foliares (550 kDa).
Para simplificar, essa fração é chamada de “proteína da Fração 1”, cuja composição foi minuciosamente documentada por eletroforese, centrifugação analítica, cristalização, etc. e tem sido usada em uma variedade de aplicações.
No entanto, ainda não estava claro como funcionava como uma enzima. Foi encontrado de uma forma diferente. Os investigadores começaram a identificar a enzima que catalisa a dismutação de 3-PGA em duas moléculas e a ligação do CO₂ molécula à Ribulose 1,5-difosfato após compreender o Ciclo Benson-Bassham-Calvin.
Chamada de carboxidismutase, esta enzima foi encontrada em 1956. Ribulose bifosfato (ou RuBP) A carboxilase rapidamente mostrou ser a mesma proteína que a “proteína da Fração 1” e a enzima que havia sido identificada anteriormente.

Como a rubisco é uma enzima?

Ribulose-1,5-bifosfato carboxilase/oxigenase (Rubisco; EC 4.1.1.39) é a enzima chave no CO₂ assimilação. Catalisa a reação entre o dióxido de carbono gasoso e a ribulose-1,5-bifosfato (RuBP) para gerar duas moléculas de ácido 3-fosfoglicérico (3-PGA).

O termo RubisCO vem do fato de que esta enzima é bifuncional e também atua como uma oxigenase além de sua função carboxilase (Ribulose bifosfato Carboxilase Oxigenase).
Por mais de três bilhões de anos, uma enzima específica da fotossíntese chamada RubisCO serviu como ponto de entrada para o carbono nos compostos orgânicos amplamente mantidos no planeta.
A fotorrespiração, um processo metabólico que surgiu consideravelmente mais tarde com o aumento do nível de oxigênio atmosférico, também tem suas raízes nesse processo.
É a enzima da biosfera com maior importância quantitativa. Além disso, serve como fonte primária de nitrogênio orgânico nas folhas.

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Que grupo de enzima é a rubisco?

Ribulose bifosfato carboxilase oxigenase é conhecida como RuBisCO. Catalisa as reações de carboxilação e oxigenação durante a fotossíntese e a fotorrespiração, respectivamente, e tem afinidade tanto pelo CO₂ E O₂.

Ex:

Uma das numerosas enzimas do ciclo de Calvin é RuBisCO. Duas moléculas de glicerato-3-fosfato são criadas quando a Rubisco auxilia na oxidação do CO₂ no RuBP C₂ carbono e após a clivagem da ligação entre o C3 e o C₂ carbonos. Enolização, carboxilação, hidratação, clivagem da ligação CC e protonação são os processos envolvidos na conversão.
A enzima RuBisCo, que é mais corretamente conhecida como RUBP Carboxilase-Oxigenase, tem afinidade tanto pelo oxigênio quanto pelo dióxido de carbono.

Onde a enzima rubisco é encontrada?

A maioria dos organismos autotróficos, incluindo algas eucarióticas e plantas superiores, bem como uma variedade de procariontes, incluindo bactérias fotossintéticas e quimiolitoautotróficas e archaea, contêm rubisCO.

Ex: Nas plantas, o ciclo de Calvin da fotossíntese é auxiliado pela enzima RuBisCO, que está localizada no cloroplasto. Depois de reagir com RuBP (ribulose 1,5 bifosfato) para criar enodiol, ele se combina com CO₂ para formar PGA (3-fosfoglicerato) após passar por alguns intermediários.

Origem do RubisCO

As proteínas semelhantes a RubisCO (RLP) e a própria RubisCO são membros da mesma superfamília e são encontradas em diferentes seres vivos. Essas proteínas não funcionam como carboxilases. Uma rota evolutiva de três etapas é sugerida pelo estudo filogenético dos genes que codificam essas proteínas.

Um não-CO₂A enzima do tipo enolase de ligação é provavelmente a fonte da superfamília de proteínas RPL/RubisCO. Uma carboxilase funcional teria aparecido primeiro nesta família;
Antes do surgimento da autotrofia dependente de RubisCO nas bactérias com o ciclo Benson-Bassham-Calvin, RubisCO teria aparecido pela primeira vez em um ambiente autotrófico em archaea através do metabolismo de nucleotídeos;
Para melhorar o fluxo de carbono Como resultado, RubisCO evoluiria de uma enzima independente para um complexo enzimático, com o último estágio de evolução ocorrendo em cianobactérias com os carboxissomos ou pirenoides de algas.

Funções da enzima rubisco

As principais funções da RuBisCO são na fotossíntese e na fotorrespiração.
Catalisa a carboxilação de RuBP, o estágio inicial de fixação de carbono na via C3 ou ciclo de Calvin. Duas moléculas de 3-PGA são produzidas como resultado disso.
RuBisCO também se liga a algum oxigênio no processo de fotorrespiração porque tem afinidade pelo oxigênio. A RuBP é transformada em uma molécula de fosfoglicerato e fosfoglicolato como resultado.
A fotossíntese é preferível à fotorrespiração porque RuBisCO tem uma afinidade significativamente maior pelo CO₂ do que para O₂..

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Papel de RuBisCO na fotossíntese

A fase inicial de fixação de carbono do ciclo de Calvin é catalisada por RuBisCO. Todas as plantas passam pelo ciclo de Calvin, que inclui C3, C4 e CAM.
A carboxilação é o estágio inicial do ciclo de Calvin. Aqui, CO₂ é convertido em um intermediário orgânico que é estável. Um composto 5-C é RuBP. É carboxilado com CO₂, e depois que a ligação CC é quebrada, duas moléculas de 3-PGA são produzidas.

A reação catalisada por RuBisCO é a seguinte:

RuBP (5C) + CO₂ + H₂O → 2 3-PGA (3C)

A enolização da RuBP é seguida pela carboxilação, que cria um composto intermediário chamado 3-ceto-2'-carboxiarabinitol-1,5-bifosfato. Após a hidratação, a ligação entre dois carbonos é subsequentemente quebrada para produzir duas moléculas de 3-fosfoglicerato (3-PGA). O 3-PGA resultante é usado nas etapas seguintes para criar glicose e outros carboidratos.
As células mesofílicas das plantas C3 são onde esse processo ocorre. As células da bainha do feixe da via C4 são onde ocorre o ciclo de Calvin. RuBisCO é abundante nas células da bainha do feixe. Esta modificação ajuda as plantas C4 a reduzir a fotorrespiração.

Fotorrespiração

Além disso, tendo preferência por oxigênio, RuBisCO oxigena RuBP quando o oxigênio está presente. Como a fotorrespiração usa ATP, parte da energia da fotossíntese é perdida.
RuBP é transformado em uma molécula de cada fosfoglicerato (3C) e fosfoglicolato (2C) quando RuBisCO se liga ao O₂. É um processo de desperdício porque não produz ATP ou açúcar.

Estrutura da enzima rubisco

Em organismos fotossintéticos, rubisCO é composto por um conjunto de oito grandes subunidades (referidas como L), cada uma medindo 51 a 58 kDa, e oito subunidades minúsculas (referidas como S), cada uma medindo 12 a 18 kDa.

O genoma do cloroplasto codifica os principais componentes do estroma do cloroplasto;
Os pequenos componentes são codificados no genoma nuclear das células fotossintéticas e transportados para o estroma da organela do cloroplasto através de suas membranas externa e interna;
As proteínas chaperonas são necessárias para o dobramento dos polipeptídeos correspondentes às subunidades e sua montagem para formar o RubisCO funcional;
As grandes subunidades contêm os sítios catalíticos no nível funcional. Suas pequenas subunidades, necessárias para o funcionamento, têm um papel regulador.

Características RuBisCO

Algas, plantas, protistas fotossintéticos, e algumas bactérias autotróficas, como cianobactérias e proteobactérias, entre outras, contêm RuBisCO.
A proteína mais prevalente na biosfera é chamada RuBisCO. Nas plantas C3 e C4, representa cerca de 50% e 30% do total proteína solúvel da folha, Respectivamente.
RuBisCO é encontrado nas células da bainha do feixe em plantas C4, em oposição às células mesofílicas em plantas C3.
É uma proteína substancial e complexa composta de cadeias longas e curtas. O peso molecular é de aproximadamente 540,000 Da..
Normalmente, existem 8 pequenas cadeias e 8 cadeias gigantes, que se combinam para produzir 4 dímeros. A grande cadeia contém o sítio ativo do substrato. Alguns dinoflagelados e bactérias têm apenas subunidades grandes.
O DNA nuclear codifica as pequenas cadeias, enquanto o DNA do cloroplasto codifica as grandes cadeias. Do citoplasma, pequenas cadeias são transportadas para o estroma dos cloroplastos.
Mg²⁺ é necessário para a enzima funcionar.
RuBisCO é inativo à noite e torna-se ativo durante o dia. Ao anexar CO₂ e Mg²⁺ íons para o resíduo de lisina próximo ao sítio ativo, RuBisCO é ativado, causando mudanças conformacionais e estabilizando o estado ativo da enzima.

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A rubisco pode ser um substrato?

RuBisCO usa dióxido de carbono e ribulose-1,5-bifosfato como substratos (diferente do dióxido de carbono “ativador”). Quando catalisada por RuBisCO, ribulose-1,5-bifosfato e oxigênio molecular (O₂) reagem em vez do dióxido de carbono (CO ₂).

Fixação, redução e regeneração são as três fases fundamentais que compõem as reações do ciclo de Calvin. A enzima RuBisCO e a molécula de ribulose bifosfato estão presentes no estroma, além do CO₂ para iniciar o ciclo de Calvin (RuBP). RuBP tem um grupo fosfato em cada uma de suas extremidades e cinco átomos de carbono.
Uma molécula de seis carbonos é criada quando RuBP combina com CO₂, e RuBisCO subsequentemente divide essa molécula em duas moléculas de três carbonos. Este procedimento é conhecido como fixação de carbono porque o CO₂ é “fixado” de seu estado inorgânico em moléculas orgânicas.

A enzima rubisco é uma proteína?

A proteína RuBisCO pode representar até 50% da fração total de proteína nas porções verdes das plantas. RuBisCO é, portanto, considerada a proteína mais prevalente na Terra e é a principal enzima fotossintética nas folhas das plantas verdes.

Por exemplo, RuBisCO é uma enzima, uma classe única de proteína. A RuBisCO, assim como outras enzimas, possui sítios ativos que se ligam aos substratos, acelerando os processos. RuBisCO é um componente do Ciclo de Calvin, um processo na fotossíntese onde o dióxido de carbono é convertido em açúcar.

Conclusão

No artigo acima, estudamos sobre RuBisCo: se é um enzima e alguns fatos interessantes para provar tal coisa. Estrutura, classificação, funções e a origem do RuBisCo foram estudados em detalhes.

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Ganeshpraad DN

Olá….sou Ganeshprasad DN, concluí meu doutorado. em Bioquímica pela Universidade de Mangalore, pretendo usar meu conhecimento e habilidades técnicas para prosseguir pesquisas na área escolhida.