Las carboxilaciones fotosinteticas
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UNIVERSIDAD DE CHILE FACULTAD DE CIENCIAS AGRONÓMICAS CÁTEDRA DE BIOQUÍMICA APUNTES DE CLASE FOTOSÍNTESIS: LAS CARBOXILACIONES FOTOSINTÉTICAS Prof. Dr. Manuel Pinto Contreras 1 Las carboxilaciones fotosinteticas Durante la denominada fase fotoquímica de la fotosíntesis, la energía de los fotones luminosos queda finalmente atrapada como enlaces químicos mediante la formación de ATP y NADPH2. Sin embargo, si bién es cierto que los organismos autotrofos pueden utilizar esta energía directamente en diversas funciones, ella no puede ser acumulada como ATP o NADPH2 . Se sabe que el ATP está en contínua síntesis y degradación en la medida que se necesita, y que dificilmente se acumula como tal, por lo que para poder canalizar y almacenar la energía, los vegetales la deben utilizar para sintetizar compuestos más estables como la glucosa mediante la asimilación del CO2 La fotoasimilación del CO2 es pues la primera función dependiente de la fotofosforilación, ya que ella también tiene lugar en los cloroplastos. Así el ATP y el NADPH2 fotosintetizados participan directamente en la reducción del CO2 atmosférico en el proceso denominado “fase oscura” de la fotosintesis y que se puede describir mediante la ecuación general. 6 CO2 + 12 NADPH2 ADP + 18Pi + 18 ATP Glucosa + 12NADP + 18 Hasta 1966 se pensaba que la incorporación del carbono del CO2 en las sustancias orgánicas, se llevaba a cabo en todas las especies vegetales por medio de una sola vía metabólica. Esta vía se conoce como ciclo C3 debido a que el primer compuesto estable formado a partir del CO2 posee 3 átomos de carbono, el ácido 3 - fosfoglicérico ó glicerato 3 fosfato HO – C = O H - C - OH H2 - C - O – P – O(OH)2 Acido - 3 – fosfoglicérico (3PGA) Otra vía de carboxilación en los vegetales es la vía C4 o ciclo de HATCH y SLACK (1966) y cuyo primer compuesto estable formado posee 4 carbones. Este compuesto puede ser el ácido málico o el ácido aspártico. En estos vegetales también funciona el ciclo C3 o de Calvin. 2 COOH COOH CHOH CH - NH2 CH2 COOH Acido Málico CH2 COOH Acido Aspártico De esta forma dependiendo del tipo de metabolismo las plantas son llamadas plantas C3 o C4. Existe otro grupo de plantas denominadas plantas con metabolismo crasulaceo, o plantas CAM (abreviación de crasulacean acid metabolism) en las que ambos tipos de mecanismos de fijación del carbono están representados pero contrariamente a los otros grupos, la asimilación primaria del CO2 se realiza durante la noche. Por lo general, estas especies crecen en ambientes áridos en donde debido al déficit hídrico sus estómas permanecen cerrados durante el día Reducción del carbono en las especies C3 Como ya se ha mencionado, la reducción del carbono en estas especies se efectúa mediante el conjunto de reacciones descubiertas por CALVIN y en honor a su nombre denomonado ciclo de de Calvin. Se podría decir que este ciclo es el único capaz de efectuar una conversión neta del CO2 a carbohidratos en todos los vegetales, incluyendo los de tipo C4 y CAM. Estos últimos, como se verá más adelante aunque poseen otras vías para la fijación inicial del CO2 es finalmente por intermedio del Ciclo de Calvin que sintetizan sus carbohidratos. Ciclo de Calvin Este ciclo consta de 14 reacciones que se desarrollan durante la fase oscura de la fotosíntesis. En él, el CO2 atmosférico es fijado por una azúcar fosforilada de 5 atomos de carbono, la ribulosa 1,5 difosfato, reacción que es catalizada por la enzima la ribulosa 1,5 bifosfato carboxilasa o RuBP carboxilasa. Esta enzima, comunmente llamada Rubisco es también deniminada carboxidismutasa ya que cataliza la adición del CO2 del aire a la ribulosa 1,5 difosfato, por medio de una reacción de oxido-reducción intermolecular o dismutación . El primer producto estable formado es el ácido 3fosfoglicérico, producto de 3 átomos de carbono. La RuBP es carboxilada en el carbono 2, en el ceto carbón para dar 2 moléculas de ácido 3- fosfoglicérico , una de las cuales contendrá el nuevo átomo de carbono incorporado. 3 1) 3) CH2O-P 2) CHOH 3) COO 4) 1) 5) 2) H2 -C-O - P RUBISCO 2) C=O H-C-OH + + 2 H+ CO2 + HOH + Mg+27 1) H-C-OH COO H2-C-O - P CH-OH 3) CH2O (P) Ribulosa 1,5 difosfato fosfo glicerico RuDP (2) Acido 3 - La Enzima Ribulosa 1,5 difosfato carboxilasa (Rubisco) Esta enzima cataliza la fijación fotosintética del CO2 pero igualmente la fijación del O2 sobre la ribulosa 1,5 difosfato, siendo a la vez una carboxilasa y una oxidasa. Es probablemente la preteína más abundante en el mundo vivo constituyendo aproximadamente un 50 a un 65% de las proteínas foliares solubles. En una tonelada de proteínas foliares producidas por hectárea cerca de 300 Kg. serán de Rubisco. La Rubisco es una proteína muy soluble en el agua y se encuentra en el estroma de los cloroplastos a una concentración que va entre 100 y 300 mg ml-1. Es una gran proteína oligomérica con un peso molécular superior a 500.000 constituida de 16 sub-unidad: 8 sub-unidades grandes de PM 52.000 - 60.000 y 8 pequeños con PM de 12.000 a 18.000. El sitio catalítico parece estar en la sub-unidad grande. Es activada por los iones Mg++ y Mn++ y contiene pequeñas cantidades de Cu++ La Rubisco reacciona con el CO2 más que con el HCO3 e in vitro presenta un alto Km por el CO2 (200 - 500 M). In vivo, en donde existe bajo diferentes formas posee un Km CO2 de cerca de 15 M por lo que en general se piensa que esta enzima posee poca afinidad por el CO2 En presencia de Adenosin trifosfato (ATP) y bajo la acción enzima glicerato 3 fosfato quinasa, el grupo carboxilo del glicerato 3-P, correspondiente al carbono 1 es activado para dar glicerato 1 - 3 - difosfato. 4 H2-C-O-P H2 -C-O-P H-C-OH + ATP H-C-OH O=C-OH O=C-O -P glicerato 3-P glicerato 1-3- difosfato El glicerato 1-3 difosfato en presencia de NADPH2 , transportador de 2 electrónes y bajo la acción de una NADP -gliceraldehido - fosfato deshidrogenasa es reducido a gliceraldehido 3 fosfato. Esta es la única etapa reductiva del ciclo de Calvin y tanto el NADPH como el ATP son proporcionados por las reacciones de la fase clara de la fotosíntesis. H2 -C-O-P H-C=O H-C-OH + NADPH H-C-OH + NADP + H3PO4 O=C-O-P H2 -C-O P glicerato 1,3 -P gliceraldehido 3-P El gliceraldehido 3 P bajo la acción de una triosa fosfato isomerasa se isomeriza a dihidroxiacetona fosfato H-C=O H2-C-OH H-C-OH C=O H2 -C-O-P H 2 -C-O-P 5 gliceraldehido 3 P dihidroxiacetona 3 P . Bajo la acción de la fructosa 1,6 difosfato aldolasa, una dihidroxiacetona fosfato más un gliceraldehido 3 P se pueden condensar a fructosa 1,6 difosfato (condensación aldólica). El equilibrio de esta reacción está muy a favor (89%) de la formación de esta azucar. La enzima Glicerato 3-P quinasa Enzima que produce la transferencia de un resto fosfato del ATP al grupo carboxilo de 3-PGA. Esta unión de P con O2 es rica en energía puesto que se trata análogamente al ATP, de una formación de un anhidrido entre un carboxilo y el ácido fosfórico. Con esto el ácido 3 P glicérico se activa, elevandose a un nivel energético mayor. El ácido 1,3 difosfoglicérico ( 1,3 PGA) está así en condiciones de reaccionar con el grupo SH de la apoenzima la fosfotriosa deshidrogenasa con liberación de un grupo fosfato y de su enlace rico en energía. Este compuesto formado también es rico en energía puesto que se trata de un tioester. A esta acil - S - enzima – proteína el NADPH2 transfiere ahora su hidrogeno produciendose G - 3 - P -SH apoemzima reactivada. ATP ADP Ac. 3 fosfoglicérico SH-apoenzima + H3PO4 Ac 1,3 difosfoglicerico + O H OH C C - S - Enzima H - C -OH C - OH H2 - C - O - P - S - Enzima H - NADPH2 NADP H2 - C - O - P 6 Dgliceraldehido 3P Las moléculas de la aldotriosa gliceraldehido 3-P están en un 96% sujetas a una endización para formar la correspondiente cetotriose, o sea la dihidroxiacetonfosfato. Esta reacción es catalizada por la triosafosfato isomerasa, la que siempre produce un suministro rápido de G-3P cuando se necesita. H2-C-O-P H2-C-OH dihidroxi acetona C=O fosfato H 2-C-O-P C=O C=O H2-C-OH HO-C-H HO-C-H H-C=O H-C-OH + HOH - H-C-OH + H3PO4 gliceral dehido H-C-OH H-C-OH fosfato H2-C-O-P H2-C-O-P H-C-OH H 2-C-O-P fructosa fructosa- 6-P 1,6 - difosfato La función fosfato en el carbono 1 de la fructosa 1,6 difosfato es hidrolizada por la acción de la fructosa 1,6 difosfatasa formandose así fructosa 6 fosfato. 7 La fructosa 6 fosfato es convertida a glucosa 1-fosfato por la acción combinada de una fosfohexosa isomerasa y una fosfoglucomutasa. CHO Isomerasa H-C-OH Fructosa-6P HO-C-H fosfoglucomutasa H-C-OH H-C-OH H2-C-O P Glucosa-6-P Las reacciones desde el glicerato 3P hasta la fructosa 6 fosfato constituyen las reacciones inversas de la Glicólisis. Las enzimas que participan en ambos ciclos pueden ser identicas y estar separadas espacialmente (cloroplasto y citoplasma) o bién ser diferentes isoenzimas. Las reacciones involucradas en la síntesis de disacaridos y polisacaridos a partir de la glucosa 6P se verán en el capítulo de síntesis de hidratos de carbono. Otra vía que puede seguir la fructosa 6P en lugar de pasar a glucosa 6P, es de escindirse en presencia de Tiamina pirofosfato (TTP) y por la acción de una enzima transcetolasa por un lado dar origen a un pedaso de 4 átomos de C la eritrosa 4 fosfato y por otro, a un complejo enzima-tianina Pirofosfato-glicolaldehido. CH2OH CH2OH CH 2OH 8 C=O C=O C=O HO-C-H H-C-OH H-C-OH H-C-OH H-C-OH H2C-O-P H2C-O-P 5-fosfato HO-C-H H-C-OH H-C-OH H-C-OH C H2C-O-P Eritrosa 4-fosfato Epimerasa H2C-O-P D-Xilulosa 5-P Ribulosa O (Balance: C6 + C3 = C4 + C5) C Fospentosa H Transcetolasa O H H-C-OH H 2C-O-P D-gliceraldehido 3-fosfato Mediante esta vía se cumple con la función de restituir el aceptor específico para el CO2 la ribulosa bifosfato (RuBP). El glicolaldehido está formado por los carbonos 1 y 2 de la fructosa 6-P que se separan en forma de grupo atómico CH2OH-CO y transferidos como glicolaldehido activo ligados como coenzima la transcetolasa. 9 Un desdoblamiento de una cetona fosfato por la transcetolasa solo es posible cuando está presente una aldosa como aceptor apropiado para el gliceraldehido unido a la coenzima. En este caso, el gliceraldehido 3-P asume la función al fragmento de C2 de la coenzima. Se forma así xilulosa 5-fosfato que por medio de una pentosa epimerasa es transformada a Ribulosa 5-fosfato (Ru-5P) y con esto el precursor inmediato de la Ribulosa1-5 Bifosfato aceptor del CO2 El fragmento de 4 carbonos restantes la Eritrosa 4 P , reacciona luego de la misma forma que una condensación aldólica, con participación, otra vez de la aldolasa con el dihidroxiacetofosfato para formar sedoheptulosa 1-7 difosfato, azúcar de 7 carbones (balance C4 + C3 = C7) De este compuesto después de una disfosforilación por una fosfatasa se origina la sedoheptulosa 7 fosfato. H2-C-O-P CH2OH H 2-C-O-P C=O C=O C=O HO-CH2 HO-C-H HO-C-H Aldolasa Fosfatasa + H 2O + H2PO4H-C-OH H-C-OH H-C-OH H-C-OH Dihidroxiaceton fosfato H-C-OH H-C-OH H2C- P H2C- O - P Sedoheptulosa Sedoheptulosa 1,7 difosfato fosfato H O C 7 10 H-C-OH H-C-OH H2C-O-P Eritrosa 4 fosfato La sedoheptulosa 7 P sirve a su vez como sustrato para la transcetolasa los primeros átomos de C son escindidos como fragmento molécular y después de su unión con la coenzima son transferidos a una molécula de gliceraldehido 3-P. Como producto se obtiene una molécula de xilulosa 5 fosfato y una Ribulosa 5 fosfato ambas son transferidas epimeración enzimática en Ribulosa 5-fosfato . (balance: C7 + C3 = C5 + C5) El último paso lo constituye la fosforilación por medio de la fosforribulosa - quinasa un resto de fosforo del ATP a la Ribulosa 5P así la Ribulosa 1,5 bifosfato. CH2OH CH 2OH CH2OH C=O C=O C=O OH-C-H H-C-OH H-C-OH H-C-OH H-C-OH H2-C-O-P H-C-OH H2C-O-P Ribulosa 5-P HO-C-H TPP H-C-OH Fosfopentosa Epimerasa H 2-C-O-P 11 CH2OH C O H TPP H O C Transcetolasa H - C - OH H2 C - O - P D- gliceraldehido 3-P O HC CH2OH H-C-OH C=O H-C-OH H-C-OH H-C-OH H-C-OH H2C-O-P H 2C-O-P Ribosa 5-P Ribulosa 5-P CH2OH C=O ATP Fosforribulo - quinasa ADP H 2-C-O-P C=O H-C-OH H-C-OH H-C-OH H-C-OH H2C-O-P H 2C-O-P Ribulosa difosfato 5-P Balance del Ciclo de Calvin Ribulosa 1,5 12 La energía química necesaria para la reducción fotosintética del CO2 se utiliza como ATP durante las reacciones 2 y 14, y como NADPH, sistema reductor durante la reacción 3 del Ciclo de Calvin. La elaboración de esta energía química se efectúa como ya se ha señalado a partir de la energía solar durante las reacciones fotoquímicas de la fase luminosa, la cual está asociada la fotoxidación del agua en hidrógeno y oxigeno molecular. La ecuación global de la fotosíntesis es: 6 CO2 + 6H2 O C 6H12O6 + 6 O2 Es decir, partiendo de la base que 6 moléculas de CO2 forman una molécula de hexosa monofosfato, se necesitan luego, para el proceso de fijación 6 moléculas de RuBP (C5). Estas conducen a la sintesis de 12 moléculas de triososfosfatos (C3) de los cuales 2 son unidas para formar una molécula de hexosa monofosfato (C6). Las demás moléculas sirven exclusivamente para la regeneración de la RuBP en la cual cada vez dos, participan en 4 pasos de reacción : C3 + C3 + C3 + C3 + C3 C6 C4 C7 C6 C5 + C7 C5 + C5 C4 De la suma de estas reacciones enzimáticas se saca el siguiente balance: 6 Ru - 5 - P + 6 ATP 6 -P - Ru 5 - P 6 - P - Ru 5-P + 6 ADP + 6 CO2 + 12 NADPH H + 12 ATP + 12 C3 - P + 6 H 2O 12 NADP + 12 ADP + 17 H2PO4 2C3 - P 10 C3 - P P - C6 - P C6 - P 6 C5 - P + H2PO4 + 4 H2PO4 13 6CO2 + 12 NADPH NADP 2 + 18ATP + 6H2O C6-P + 18 ADP + 17 H2PO4 + 12 Es decir, que para reducción de una molécula de CO2 en las plantas tipo C3 se necesitan 2 NADPH2 más 3 ATP. En términos estrictamente energético esto significa que el ciclo de Calvin a pesar de la gran cantidad de reacciones, se desarrolla con una eficiencia energética bastante elevada. En efecto, como ya se señaló la conversión de un mol de NADP+ a NADPH necesita al rededor de 53 Kcal y la síntesis del ATP 11 Kcal mol-1. Así, la energía total gastada para reducir un mol de CO2 es igual a ( 2 x 53 ) + ( 3 x 11 ) = 139 Kcal. Como la energía total acumulada en un mol de glucosa al reducirse 6 moles de CO2 es igual a 684 Kcal. Luego la eficiencia energética del Ciclo de Calvin va a ser igual a: Eficiencia energética : 144 x 100 = 82 % 139 Tal eficiencia es extremadamente alta y nos permite apreciar el prodigio que ha podido realizar la evolución con los distintos pasos de las reacciones oscuras. Reducción del Carbono en las especies tipo C4 Como se dijo anteriormente, después de los descubrimientos de Calvin en la década del 50 y que le significaron el premio Nobel en 1961, el ciclo que lleva su nombre fue considerado como universal para la síntesis primaria de hexosas en los organismos antótrofos. Esto hizo que las investigaciones sobre nuevas vías disminuyeran ostensiblemente. Sin embargo, en 1966 Hatch y Slack establecieron definitivamente en algunas especies de origen tropical la existencia de una segunda vía de carboxilación, la vía de los ácidos dicarboxilicos de 4 carbones. Esta vía se conoce actualmente con el nombre de ciclo C4 o de Hatch y Slack. En él CO2 externo se fija primeramente en presencia de luz sobre un sustrato de 3 átomos de carbono el ácido fosfoenolpirúvico para dar bajo la acción de la enzima fosfoenol piruvato carboxilasa (PEPcarboxilasa), un ácido cetónico con 4 átomos de carbono, el oxalacetato, el que en presencia de 14 CO2 aparece marcado en el carbono 4. COOH C=O COOH P + CO2 C=O CH2 Acido Fosfoenolpirúvico + H3PO4 COOH Acido Oxaloacético 14 Bajo la acción de la enzima malato deshidrogenasa : una cloroplástica que necesita NADPH y la otra citoplástica que necesita NADH, el oxalacetato es inmediatamente reducido a ácido málico, que también iría marcado en el carbono 4. COOH C=O + COOH NADPH clor. COOH + NADP + ó NAD+ NADH cit.. CH2 CH2 COOH COOH Acido Oxaloacético Acido Málico Bajo la acción de una aspartato aminotranferasa, y en presencia de un aminoácido, el oxalacetato puede ser también aminado a aspartato y marcado en el carbono 4. COOH COOH C=O + + R - CO - COOH R - CH - COOH COOH NH2 CH - NH2 CH2 COOH Ac. Oxaloacético Aminoácido Aminoácido Aspartato Se forma así rápidamente un pool de ácidos dicarboxilicos de 4 carbones debido a la rápida conversión del oxalacetato en malato y aspartato. Las moléculas de los ácidos dicarboxilicos: oxalacetato, malato y aspartato, se descarboxilan facilmente al nivel de su carboxilo 4 ( carboxilo ) formándose así CO2 y ácido pirúvico. COOH Malato 15 CHOH CH2 COOH COOH C=O CO2 + NADPH o NADH Oxaloacetato CH2 NADP+ COOH NAD+ C=O + CH3 COOH Piruvato COOH Aspartato CH - NH2 CH2 COOH Sólo la enzima que cataliza la descaboxilación del ácido málico ha sido determinada. A ésta se le denomina enzima málica o malato deshidrogenasa descarboxilasa. En el caso del oxaloacetato se piensa que es muy posible que ocurra una descarboxilación espontánea. En presencia de 2 ATP y de fósforo mineral ( Pi ) el ácido pirúvico liberado, es fosforilado bajo la acción de la enzima piruvato P- diquinasa , para dar finalmente ácido fosfoenolpirúvico. Este a su vez puede de nuevo servir de sustrato para la carboxilación fotosintetica primaria. COOH COOH Piruvato P - diquinasa C=O + 2 ATP + Pi -O - P + 2 ADP + 2 Pi CH3 CH2 C 16 Acido Pirúvico Fosofoenolpirúvico ( PEP) Acido Puede parecer sin sentido que las plantas C4 fijen CO2 como ácidos orgánicos para después descarboxilarlos y liberar nuevamente el CO2. Sin embargo, se ha establecido que la reacción de carboxilación por la PEP carboxilasa y de síntesis de ácidos orgánicos, como el malato, ocurre en las células de mesófilo de las hojas. En cambio la reacción de descarboxilación se produce en las células del parenquima perivascular de las hojas. En estas últimas células opera también el ciclo de Calvin de manera que el CO2 liberado a partir del ciclo C4 es reflejado vía RuBP carboxilasa para finalmente terminar como hexosa. Así en estos vegetales existe una verdadera cooperación entre tejidos para mejorar la fijación del carbono. En estas células del mesófilo, más extewrnas se fija el CO2 atmosférico por la vía de la PEP carboxilasa que posee una afinidad elevadísima por el CO2 . El malato sintetizado migra hacia el interior de la hoja y libera el CO2 en las células del parénquima perivascular. Se produce así un gran aumento de la concentración del CO2 interno lo que facilita la acción de la enzima RuBP carboxilasa la cual posee una baja afinidad por el CO2, pero que en altas concentraciones de CO2 su acción se ve favorecida. Este tipo de plantas prosperan más bién en climas de alta radiación solar (trópico, desierto) en donde manifiestan su alto potencial productivo. Pertenecen a este tipo el maíz de caña de azúcar, el sorgo y algunas especies de Atriplex. Las especies cuya descarboxilación del malato se efectúa por la enzima NADP málica son denominadas del tipo NADP - EM. Existen otras especies C4 que contienen poca cantidad de NADP enzima málica, pero grandes actividades controladas de aspartato aminotransferasas y alanina aminotransferasa. Para estas especies el aspartato derivado del mesófilo es aparentemente convertido previamente a oxalacetato en las células del parénquina perivascular vía una aminotransferasa. El oxalacetato así formado se puede descarboxilar a ácido fosfoenol pirúvico mediante la acción de una PEP carboxiquinasa en presencia de ATP. COOCH2 C=O CO2 CH2 + ATP C=O P + ADP + 17 COO- COO El CO2 liberado es entonces incorporado al ciclo de Calvin Balance del ciclo C4 Como ya se ha mencionado en las plantas C4 además del ciclo C4 opera también el ciclo de Calvin. Es finalmente éste último el encargado de la síntesis de las hexosas y, por lo tanto, el balance general de la fijación de carbono en estas plantas indica que para la fijación de un CO2 en hexosa se necesitan 2 ATP más que en el caso de las plantas C3. La ecuación general de la fotosíntesis en estas plantas se puede escribir entonces como 6 CO2 + 30 ATP + 12 NADPH + 12 H + 24 HOH C6H12O6 + 30 ADP + 30 Pi + 12 NADP lo que da un consumo energético de 5 ATP + 2 NADPH2 poe CO2 reducido lo que es bastante mayor que en el caso de las plantas C3. La eficiencia energética en este caso sería: Eficiencia energética 114 x 100 = 71 % 53 x 2 + 11 x 161 Sin embargo, por lo general estas plantas se caracterizan por fijar más eficientemente la energía solar que las C3 debido a que en estas últimas existe el metabolismo de descarboxilación a la luz denominado Fotorespiración Reducción del carbono en las Especies con Metabolismo Crasulaceo Las especies que poseen este tipo de metabolismo son denominadas especies CAM y están adaptadas para asimilar el CO2 en la oscuridad. Operando en este modo pueden permanecer con los estomas cerrados durante el período luminoso. La asimilación del CO2 durante la noche se produce por intermedio de la acción de la enzima PEP carboxilasa y utilizando al fosfoenolpiruvato como aceptor del CO2. Esta reacción da como resultado oxalacetato al igual que en el caso de las plantas C4. 18 Malato deshidrogenasa COOH COOC-O + CHOH COO- P + CO2 PEP carboxilasa CH2 CH2 CH2 C=O + NAD COO- - COO PEP Malato Oxaloacetato Posteriormente el oxaloacetato se trasforma en malato por acción de enzima malato deshidrogenasa. La presencia de niveles adecuados de PEP carboxilasa y malato deshidrogenasa para la formación de malato en la oscuridad ha sido confirmada en varias especies. El malato se acumula durante la noche en grandes cantidades en estas especies y es descarboxilado durante el periodo luminoso. Esta descarboxilación es, por lo general, atribuida a la acción de la enzima malica. COO CH 3 CHOH C=O CH2 NADPH + NADP Enz. málica COO COO Malato Piruvato El piruvato así formado es probablemente convertido a PEP CH3 CH2 + CO2 + 19 C=O PPi + ATP + Pi COO C- O - P + AMP + COO Piruvato Fosfoenolpiruvato por la acción de la piruvato diquinasa que también ha sido identificado en las plantas CAM. sin embargo, las especies CAM que son deficientes en la enzima málica, pero ricas en PEP carboxiquinasa y por lo tanto la descarboxilación del oxaloacetato se podría efectuar de igual forma que en las plantas C4. Es decir, que para que pueda operar, debe existir previamente la transformación del malato o el aspartato a oxaloacetato durante el período luminoso. COOCH2O + CO2 CH2 ATP + PEP carboxilasa C-O - P + ADP + COO - C=O COOOxaloacetato PEP Así es probable que en estas condiciones la presencia de la enzima piruvato diquinasa no sea necesaria. El CO2 derivado de la descarboxilación de los ácidos C4 (malato) es indudablemente refijado por el ciclo de Calvin durante el período luminoso y finalmente almacenado como carbohidratos. El fosfoenolpiruvato formado durante el día, en este caso no se va a constituir probablemente en el captor del CO2, sino que va a ser transferido al ciclo de Calvin previa transformación en glicerato 3 fosfato mediante las reacciones inversas de la glicólisis que se verán más adelante. H2O ATP Fosfoenolpiruvato difosfoglicerato 2 fosfoglicerato Mutasa 3 fosfoglicerato 1-3 20 El fosfoenolpiruvato aceptor del CO2 durante el período oscuro, no tiene su origen en la descarboxilación del malato, sino que es posible que se origine a partir del desdoblamiento de los hídratos de carbono sintetizados durante el día, especialmente el almidón. Así se observa en estos vegetales que junto con el aumento en la cantidad de malato durante la noche, se produce una disminución del contenido de almidón en las hojas. En general se ha asumido que el PEP deriva de la conversión de hexosa fosfatos a Ribulosa 5 fosfato por la vía de las pentosas fosfato que se analizará más adelante, la Ribulosa 5-P posteriormente es transformada en Ribulosa 1,5 bifosfato consumiendose un ATP y luego por carboxilación mediante la RuBP carboxilasa producir glicerato 3 fosfato ( ver ciclo de Calvin ) Así el PEP puede ser formado a partir de glicerato 3-P mediante la acción de la glicerato 3-P mutasa y una enolasa. Sin embargo, al parecer la vía más importante para la formación del PEP en la oscuridad sería las reacciones de la glicolisis a partir del almidón.