Введение

Рибулоза 1,5-бисфосфат (RuBP) — это органическое вещество, участвующее в фотосинтезе, в частности, как основной акцептор CO2 у растений. Это бесцветный анион, двойной фосфатный эфир кетопентозы (сахар, содержащий кетон и пять атомов углерода), называемый рибулозой. Соли RuBP могут быть выделены, но его важнейшая биологическая функция реализуется в растворе. RuBP встречается не только у растений, но и во всех доменах жизни, включая археи, бактерии и эукариоты.

История

RuBP был первоначально обнаружен Эндрю Бенсоном в 1951 году, работая в лаборатории Мелвина Кальвина в Калифорнийском университете в Беркли. Кальвин, отсутствовавший в лаборатории во время открытия и не указанный в качестве соавтора, вызвал споры, убрав полное название молекулы из названия первоначальной статьи, идентифицировав её исключительно как "рибулоза". В то время молекула была известна как рибулозодифосфат (RDP или RuDP), но приставка "di" была изменена на "bis", чтобы подчеркнуть, что две фосфатные группы не связаны непосредственно друг с другом.

Роль в фотосинтезе и цикле Кальвина-Бенсона

Энзим рибулоза-1,5-бисфосфаткарбоксилаза/оксигеназа (рубиско) катализирует реакцию между RuBP и углекислым газом. Продукт реакции – высоконестабильное шестиуглеродное промежуточное соединение, известное как 3-кето-2-карбоксиарабинитол-1,5-бисфосфат, или 2'-карбокси-3-кето-D-арабинитол-1,5-бисфосфат (CKABP). Это шестиуглеродное β-кетокислотное промежуточное соединение гидратируется с образованием другого шестиуглеродного промежуточного соединения в форме гем-диола. Затем это промежуточное соединение расщепляется на две молекулы 3-фосфоглицерата (3-ФГА), который используется во множестве метаболических путей и превращается в глюкозу. В цикле Кальвина-Бенсона RuBP является продуктом фосфорилирования рибулозо-5-фосфата (получаемого из глицеральдегид-3-фосфата) АТФ.

Взаимодействие с рубиско

RuBP действует как ингибитор фермента рубиско, который регулирует общую активность фиксации углерода. Когда RuBP связывается с активным центром рубиско, способность к активации посредством карбамилирования с CO2 и Mg(2+) блокируется. Функциональность рубискоактивазы заключается в удалении RuBP и других ингибирующих связанных молекул для восстановления возможности карбамилирования в активном центре. Во время фотореспирации RuBP соединяется с O2, образуя 3-фосфоглицерат (3-ФГ). Как и цикл Кальвина-Бенсона, фотореспираторный путь характеризуется своей ферментативной неэффективностью. В растениях C4 скорость фотореспирации снижается благодаря усиленной карбоксиляции RuBP и уменьшению оксигенации рубиско, что связано с повышенной концентрацией CO2 в обкладке пучка.

Измерение

RuBP можно измерить изотопным методом, посредством превращения ^{14}CO2 и RuBP в глицеральдегид-3-фосфат. Затем G3P можно определить с помощью энзиматического оптического анализа. Учитывая высокую концентрацию RuBP в биологических образцах, дополнительной сложностью является разграничение отдельных пулов субстрата, например, RuBP внутри хлоропласта и вне его. Один из способов решения этой задачи – использование вычитательного анализа, заключающегося в измерении общего количества RuBP в системе, удалении одного из пулов (например, центрифугированием), повторном измерении общего количества RuBP и определении концентрации в удаленном пуле по разнице.