Автотрофы или биосинтезаторы – организмы, обладающие оборудованием для карбоксилирования, т.е. встраивания (как говорят биологи – фиксации) очень прочной и не склонной к химическим реакциям молекулы СО2 в содержащую пять атомов углерода молекулу риболозобисфосфата (РуБФ) с получением в конечном итоге трёхуглеродного сахара – триозофосфата. Наличие фосфатной группы придаёт молекуле этого вещества дополнительную энергию и позволяет строить в дальнейшем на его основе сахарозу, крахмал, аминокислоты, жиры и другие органические соединения.
Построение триозофосфата производится на абсолютно одинаковой для всех биосинтезаторов ферментной поточной линии, реализующей цикл Калвина. Работа этой линии связана с большими энергозатратами и требует наличия достаточно мощной системы энергообеспечения, а также транспортной сети, обеспечивающей перемещение молекул субстратов и продуктов реакций.
Реализующая цикл Калвина ферментная линия имеет форму кольца
Ферментную линию цикла Калвина можно условно разделить на два участка А и В, соединённых так, что вход одного является выходом для другого.
Участок А
В начале участка находится считающийся самым распространённым на Земле фермент рибулозобисфосфат-карбоксилаза-оксигеназа (Рубиско), который и производит карбоксилирование (встраивание СО2 в РуБФ).
На участок А непрерывно поступают в качестве субстратов:
- с выхода участка В молекулы РуБФ;
- растворённые в цитоплазме молекулы СО2; Конструкция Рубиско должна обеспечить выбор и изъятие из пула именно этих молекул.
- от системы энергообеспечения мобильные аккумуляторы энергии АТФ и НАДФН. Молекула НАДФН играет также роль донора водорода.
Основным продуктом участка А являются молекулы триозофосфата, 1/6 часть которых отводится на сопряжённые ферментные линии, осуществляющие синтез органических веществ, а 5/6 – на вход участка В.
Кроме того, от участка А отводятся появившиесе после отдачи энергии мобильными аккумуляторами молекулы АДФ, НАДФ+ и фосфат-ионы, которые должны быть переданы на систему энергообеспечения для регенерации.
Участок В
На участок В в качестве субстрата поступают с участка А трёхуглеродные (С3) молекулы триозофосфата и от системы энергообеспечения мобильные аккумуляторы энергии АТФ.
В начале участка В на ряде ферментов происходит цепь передач групп атомов между молекулами, содержащими от трёх до семи атомов углерода, в результате которых пять молекул триозофосфата преобразуются в три молекулы пятиуглеродного соединения (С5) рибулозомонофосфата (РуМФ):
С3 + С3 → С6,
С6 + С3 → С4 + С5,
С4 + С3 → С7,
С7 + С3 → С5 + С5.
После этого ещё на одном ферменте каждая молекула РуМФ получает фосфатную группу от АТФ и превращается в РуБФ.
Молекулы РуБФ являются основным продуктом участка В и поступают на вход участка А для продолжения цикла.
Побочный выход участка В составляют АДФ и фосфат-ионы, направляемые на систему энергообеспечения для зарядки.
Реализация цикла Калвина требует мощного и регулярного источника энергии
Карбоксилирование и последующий синтез базовых органических соединений, играющие определяющую роль не только для организма-автотрофа, но и для всего суперорганизма, требуют интенсивных и постоянных энергозатрат. Это означает, что система энергообеспечения биосинтеза должна иметь не только мощный, но и достаточно регулярный источник энергии.
Все биосинтезаторы-эукариоты используют в качестве первичного источника энергии солнечное излучение, имеющее максимум спектральной интенсивности в красной части видимого спектра, т.е. являются фотоэнергетиками (фототрофами).
Среди биосинтезаторов-прокариот имеются такие, которые используют энергию электромагнитного излучения не только в видимой, но и в инфракрасной части спектра, т.е. в более точной терминологии являются радиоэнергетиками (радиотрофами) .
Использовать для биосинтеза энергию экзергических реакций окисления (хемосинтез) могут только некоторые прокариоты-бактерии, синтезирующие органическое вещество исключительно для собственных нужд. При этом синтез органических соединений требует регулярного поступления как востановителя, так и окислителя.
- Триозофосфат – первичное органическое соединение, служащее универсальной базой для построения всех других органических веществ
- Для получения триозофосфата используется стандартное оборудование цикла Калвина (СОЦК), одинаковое для всех реализующих его организмов
- Состоящее из органических молекул СОЦК может быть построено в условиях Земли путём только с использованием СОЦК
- В состав первых появившихся на Земле суперорганизмов входили обладавшие СОЦК фотоэнергетики
- Первые на Земле организмы, обладавшие СОЦК, не могли быть привнесены из космоса, т.к. были бы убиты по дороге космическим излучением, и, следовательно, были имплантированы извне нашей Вселенной через экстра-измерение
Дата последних изменений: 2007-11-17