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.
Термин автотрофы (от греческих слов αυτοσ – сам и τροφή – питать), обычно применямый для того же самого понятия, не вполне адекватен, т.к. биосинтезаторы не могут самостоятельно получать все необходимые нутриенты из неживой природы.
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 трёхуглеродные (С3) 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 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-биосинтезатора, 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-прокариоты являются фотоэнергетиками, использующими в качестве источника энергии солнечное излучение или равновесное тепловое излучение окружающей среды с температурой около 100 ºС.
Биосинтезаторы-эукариоты могут быть как фотоэнергетиками, так и фотохемоэнергетиками и используют в качестве первичного источника энергии солнечное излучение, т.е. осуществляют фотосинтез.

Предполагается, но не доказано, что биосинтез могут осуществлять некоторые бактерии-нонпептики, источником энергии для которых являются экзергические реакции (хемосинтез).

*****

  • 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 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: 2010-03-27