Окислительное декарбоксилирование пировиноградной кислоты (ПВК)

Окисление ПВК до ацетил-КоА происходит при участии ряда ферментов и коферментов, объединенных структурно в мультиферментную систему, получившую название «пируватдегидрогеназный комплекс».

Процесс окислительного декарбоксилирования ПВК происходит в матриксе митохондрий. В нем принимают участие (в составе пируватдегидрогеназного комплекса) 3 фермента (пируватдегидрогеназа, дигидролипоилдегидрогеназа и дигидролипоилацетилтрансфераза) и 5 коферментов (тиаминпирофосфат (ТПФ (витамин В₁)), амид липоевой кислоты, коэнзим А (СоА (витамин В₃)), ФАД (флавинадениндинуклеотид (витамин В₂)),НАД⁺(никотинамидадениндинуклеотид (витамин РР)).

Суммарную реакцию, катализируемую пируватдегидрогеназным комплексом, можно представить следующим образом:

Образовавшийся в процессе окислительного декарбоксилирования ацетил-СоА окисляется далее в цикле трикарбоновых кислот с образованием СО₂ и АТФ.

5.2.6.2 Цикл трикарбоновых кислот (Цикл Кребса).

Этот цикл известен также под названием цикла лимонной кислоты или цикла Кребса в честь Г. Кребса, определившего последовательность реакций цикла. За это открытие Кребс получил в 1953 году Нобелевскую премию.

Хотя цикл трикарбоновых кислот мы рассматриваем во взаимосвязи с катаболизмом углеводов, однако его роль в метаболизме веществ гораздо шире.

Цикл Кребса выполняет следующие функции:

1. Интегративную – объединяет пути катаболизма углеводов, жиров, белков; во всех аэробных организмах он выступает в роли центрального метаболического пути углерода.

2. Амфиболическую – выполняет не только катаболическую функцию распада ацетильных остатков, но и анаболическую, поскольку субстраты цикла используются для синтеза других веществ;

3. Энергетическую – совместно с цепью переноса электронов является основным поставщиком химической энергии в форме АТФ.

Реакции цикла протекают в матриксе митохондрий и представляют восемь последовательных превращений.

Первая реакция цикла начинается с конденсации ацетил-СоА с оксалоацетатом, в результате чего образуется лимонная кислота.

Реакция катализируется цитрат-синтазой (класс лиазы):

В результате второй реакции образовавшаяся лимонная кислота подвергается дегидрагированию с образованием цис-аконитовой кислоты, которая, присоединяя молекулу воды, переходит в изолимонную (изоцитрат). Обратимые реакции гидратации-дегидратации катализирует фермент аконитаза (класс лиазы):

Третья реакция лимитирует скорость цикла Кребса. Изолимонная кислота дегидрируется в присутствии НАД–зависимой дегидрогеназы ( класс оксидоредуктазы):

Во время четвертой реакции происходит окислительное декарбоксилирование a-кетоглутаровой кислоты с образованием высокоэнергетического соединения сукцинил-СоА.

Механизм этой реакции сходен с механизмом реакции окислительного декарбоксилирования ПВК. a-кетоглутаратдегидроге-назный комплекс напоминает по своей структуре пируватдегидрогеназный комплекс (см. пируватдегидрогеназный комплекс):

Пятая реакция катализируется ферментом сукцинил-СоА-синтетазой (класс лигазы):

Данная реакция является реакцией субстратного фосфорилирования, т.к. за счет высокоэргической тиоэфирной связи сукцинил-КоА происходит образование высокоэргической фосфатной связи ГТФ.

В результате шестой реакции сукцинат дегидрируется в фумаровую кислоту. Окисление сукцината катализируется сукцинатдегидрогеназой (класс оксидоредуктазы), простетической группой при этом является ФАД.

Седьмая реакция осуществляется под влиянием фермента фумаратгидратазы (класс лиазы):

В ходе восьмой реакции цикла трикарбоновых кислот под влиянием НАД-зависимой малатдегидрогеназы происходит окисление яблочная кислоты в оксалоацетат:

Таким образом за один оборот цикла происходит полное окисление одной молекулы ацетил-СоА и регенерация оксалоацетата, который вновь может конденсироваться с новой молекулой ацетил-СоА.

Схематически цикл Кребса представлен на рис. 2.

5.2.6.3 Дыхательная цепь переноса электронов. Окислительное фосфорилирование, биосинтез АТФ

Для непрерывной работы цикла Кребса необходимо постоянное поступление в систему ацетил-СоА, а восстановленные коферменты НАДН и ФАДН₂ должны снова и снова окисляться. НАДН и ФАДН₂ окисляются молекулярным кислородом не сразу и непрямо (в реакциях цикла Кребса молекулярный кислород нигде не участвует, хотя этот цикл является аэробным, т.е. кислородзависимым). Процесс идет постепенно с помощью последовательно функционирующих окислительно-восстановительных систем, переносящих водород, отнятый у субстрата в виде эквивалента электронов и протонов к молекулярному кислороду. Совокупность этих систем получила название дыхательной цепи переноса электронов.

Ферментные системы, составляющие дыхательную цепь переноса электронов, встроены во внутренней мембране митохондрий.

Митохондрии – это органеллы клетки (рис.3), играющие роль «силовых станций» клетки. Данная органелла является местом, где протекает цикл трикарбоновых кислот и окисление жирных кислот, генерирующие восстановленные коферменты, которые затем окисляются с помощью дыхательной электронтранспортной цепи.

Рис. 2 Цикл Кребса

Митохондрия окружена двумя мембранами с сильно различающимися свойствами. Внутренняя мембрана митохондрии является барьером для протонов. Она способна пропускать такие молекулы как вода, молекулярный кислород, СО₂, но фактически непроницаема для большинства полярных и ионизированных веществ (Na⁺, K⁺, НАД⁺, НАДН и т.д.). Наружная мембрана свободно проницаема для соединений с молекулярной массой около 10.000.

Компоненты дыхательной цепи распределены по плоскости внутренней мембраны равномерно. Они находятся в липидном окружении, прочно связаны с мембраной.

Также в митохондриальной мембране находится АТФ-синтетазный комплекс, ответственный за образованием АТФ.

Синтез АТФ из АДФ и фосфорной кислоты, который происходит с использованием энергии, освобождающейся при окислении веществ в живых клетках, и сопряжен с переносом электронов по дыхательной цепи, называется окислительным фосфорилированием.

Дыхательная цепь переноса электронов включает пять комплексов белков, в состав которых входят:

1. пиридинзависимые дегидрогеназы, коферментом которых является НАД⁺

2. флавинзависимые дегидрогеназы, коферментом которых является ФАД или ФМН

3. небелковый переносчик убихинон, который называют коферментом
Q (KoQ).

4. Цитохромная система.

Цитохромы представляют собой гемопротеины, т.е. белки, содержащие в качестве простетической группы – гем. В составе гема имеется ион железа, который при переносе электронов подвергается обратимому окислению-восстановлению.

Цитохромы относятся к одноэлектронным окислительно-восстановительным соединениям. Они не могут принимать или отдавать водород, поэтому их называют переносчиками электронов.

Цитохромы подразделяются на цитохромы а, в, с и d в соответствии с положением их спектральных полос поглощения в восстановленном состоянии. Гемовые простетические группы цитохромов также имеют небольшие структурные различия; кроме того они отличаются структурой белка, с которым связан гем. Цитохромы а и а₃ существуют и функционируют в виде единого прочного комплекса. Особенностью комплекса а×а₃ является наличие в нем меди, связанной с компонентом а₃, необходимой для его функционирования.

Перенос электронов комплексом а×а₃ включает следующие реакции:

Особенностью комплекса а×а₃ является то, что эта система цитохромов непосредственно реагирует с молекулярным кислородом воздуха, т.е. электроны передаются на кислород, переводя его в ионы. Комплекс а×а₃ называют цитохромоксидазой.

5.Железосерные белки, или негеминовые белки, т.е. белки, в составе которых железо не связано с гемом.

Компоненты дыхательной цепи расположены по мере возрастания окислительно-восстановительного потенциала. Окислительно-восстанови-тельной потенциал пары НАД/НАДН + Н⁺ = -0,32 В, а пары О₂/Н₂О = +0,82 В.

Последовательность реакций, протекающих в дыхательной цепи переноса электронов представлена в виде схемы (рис. 4).

Процесс начинается с переноса электронов и протонов от восстановленного субстрата АН₂ к НАД⁺ (например: малат + НАД⁺ ® оксалоацетат + НАДН + Н⁺ (см. реакции цикла Кребса)).

Восстановленный НАДН + Н⁺ передает два электрона и два протона ФМН. От флавина электроны и протоны переходят к убихинону (CoQ). После убихинона пути электронов и протонов расходятся. Электроны в определенной последовательности передаются по цепи цитохромов и, наконец, через цитохромоксидазу (а×а₃) достигают кислорода воздуха, переводя его в ион. При этом осуществляется одноэлектронный перенос по системе цитохромов. Существует также укороченная дыхательная цепь, когда субстрат А₁Н₂ взаимодействует с ФАД-дегидрогеназой (например: янтарная кислота + ФАД ® фумаровая кислота + ФАДН₂ (см. реакции цикла Кребса)), которая восстанавливается до ФАДН₂ и далее электроны и протоны идут на CoQ. Дальнейший путь электронов и протонов совпадают.

Протоны после убихинона выталкиваются в межмембранное пространство митохондрии за счет энергии, извлекаемой при движении электронов по дыхательной цепи.

В результате наружная сторона внутренней мембраны заряжается положительно, а матрикс митохондрии – отрицательно. Возникает электрохимический градиент концентраций ионов ΔМН⁺.

Диффузия протонов обратно через мембрану, т.е. в область с их меньшей концентрацией, происходит по концентрационному градиенту и сопряжена с фосфорилированием, осуществляемым АТФ-синтетазой.

Согласно хемиосмотической теории, разработанной П. Митчелом, энергия, сосредоточенная в протонном потенциале, используется АТФ-синтетазой для выполнения химической работы, т.е. синтеза АТФ:

АДФ + Н₃РО₄ ® АТФ + НОН

В данном случае синтез АТФ происходит одновременно за счет энергии, выделяемой по мере продвижения электронов по дыхательной цепи, т.е. одновременно с окислением водорода, снятого с субстрата до воды, синтезируется АТФ. Такой способ синтеза АТФ называется окислительным фосфорилированием.

В дыхательной цепи в трех пунктах происходит сопряжение переноса электронов (окисления) и фосфорилирования. Первым этапом является перенос электронов от восстановленной анаэробной дегирогеназы НАДН + Н⁺ к флавиновой дегидрогеназе ФМН. Второй точкой сопряжения является переход электронов от цитохрома в на цитохром с₁. Третья молекула АТФ выделяется, когда цитохромоксидаза (а×а₃) передает электроны кислороду воздуха. Таким образом, при окислении молекулы водорода, снятой с субстрата НАД-зависимой дегидрогеназой, синтезируется 3 молекулы АТФ. Если водород передается ФАД-зависимой дегидрогеназой, то первая точка сопряжения минуется, поскольку от ФАДН₂ электроны и протоны передаются коферменту Q, следовательно образуется только 2 молекулы АТФ.

5.2.6.4 Энергетика аэробного окисления глюкозы

Итак, полный путь окисления глюкозы включает гликолиз, окислительное декарбоксилирование ПВК, в результате чего образуется ацетил-СоА, окисление ацетил-СоА в цикле Кребса, передача водорода от НАДН + Н⁺ и ФАДН₂ в виде эквивалента протонов и электронов по дыхательной цепи и окисление его до воды.

При этом образование АТФ происходит как за счет субстратного, так и за счет окислительного фосфорилирования. Поэтому для расчета энергетического выхода учтем, что в процессе гликолиза за счет субстратного фосфорилирования образуется 4 молекулы АТФ (реакции 7 и 10). Кроме того, в реакции 6 образуется 2НАДН + Н⁺, которые могут передавать электроны и протоны в дыхательную цепь, т.е. окисляться. Однако, сами молекулы внемитохондриального НАДН не способны проникать через мембрану внутрь митохондрий. Для передачи цитоплазматического НАДН в дыхательную цепь могут быть использованы так называемые челночные механизмы:

1. глицерол – фосфатный;

2. малат – аспартатный.

При использовании глицерол-фосфатного челночного механизма окисление 1 молекулы НАДН дает две молекулы АТФ, а при использовании малат-аспартатного челночного механизма – 3 АТФ.

Значит, 2НАДН + Н (цитоплазматически перенесенные в митохондрию, например, с помощью малат-аспартатного челночного механизма) при окислении в дыхательной цепи дадут 6 АТФ, итого гликолиз дает 10 молекул АТФ, из которых вычтем 2, затраченные на активирование в реакциях 1 и 3, т.е. остается 8 молекул АТФ.

Т.к. при распаде глюкозы образуется 2 молекулы ПВК. Следовательно, в результате окислительного декарбоксилирования образуется 2НАДН + Н⁺, что эквивалентно 6АТФ.

В цикл Кребса от одной молекулы глюкозы также вступает 2 молекулы ацетил-СоА, следовательно, количество образовавшихся НАДН и ФАДН₂ удвоим.

Итак, в реакциях 3, 4, 8 образуется 6 НАДН₂ = 6×3 = 18 АТФ. В реакции 5 образуется 2ГТФ = 2 АТФ (за счет субстратного фосфорилирования), в реакции 6 – 2ФАДН₂=2×2 = 4 АТФ. Итого: 8 + 6 + 18 + 2 + 4 = 38 молекул АТФ.

При использовании глицерол-фосфатного челночного механизма цитоплазматический НАДН образуется 2 АТФ, следовательно, общий энергетический выход будет равен 36 молекул АТФ, а не 38.

Токсичность кислорода.

Известно, что кислород токсичен для живых организмов. Например, некоторые из строгих анаэробов погибают в кислородсодержащей атмосфере. Токсичность кислорода для организмов ставит два вопроса:

1) почему он токсичен?

2) почему аэробы способны выжить в атмосфере, содержащей это токсичное вещество?

На эти вопросы логично ответить следующим образом. В невозбужденном состоянии кислород нетоксичен.Однако его электронная структура, содержащая два неспаренных электрона

накладывает ограничения на то, каким образом кислород способен выступать в роли акцептора электронов.

Реакция восстановления О₂ в 2О^-2 : идет не одномоментно, а имеют место четыре одноэлектронных перехода:

Суммарно

Промежуточные продукты восстановления: – супероксиданион, – пероксид водорода, – гидроксильный радикал представляют собой сильные окислители.

Гидроксильный радикал может образоваться и в ходе следующей реакции:

Небольшие количества токсичных форм кислорода, и образуются как продукты окислительного метаболизма в клетках, а также на заключительном этапе передачи электронов на кислород (в дыхательной цепи) осуществляемой цитохромоксидазой.

Активные формы кислорода весьма токсичны для клеток, т.е. они повреждают многие клеточные структуры. Кислородные радикалы и пероксиды способны разрушать белки, липиды и нуклеиновые кислоты. Основными мишенями свободных радикалов являются ненасыщенные связи в липидах мембран. Полиненасыщенные жирные кислоты, входящие в состав мембран, – это основные субстраты процессов пероксидного окисления липидов (ПОЛ). Первичными продуктами ПОЛ являются диеновые коньюгаты:

–СН₂–СН₂–СН=СН–СН=СН–СН₂–

Образование этих продуктов ведет к увеличению полярности хвостов жирных кислот, что в свою очередь ведет к их вытеснению из толщи мембраны на поверхность. В определенной степени эти процессы способствуют самообновлению клеточных мембранных структур, а также оказывают существенное воздействие на проницаемость мембран. Однако чрезмерное образование активных форм кислорода ведет к значительным нарушениям структуры и функцию липидов, белков, нуклеиновых кислот, что в конечном итоге приводит к гибели клетки.

Активные формы кислорода окисляют группы –SH– полипептидных цепей белков, приводят к инактивации белков. Окислительное повреждение ДНК может индуцировать мутацию.

У млекопитающих повреждение сердца при сердечном приступе связано с усилением образования свободных радикалов в месте повреждения ткани. Предполагается, что разрушение молекул под действием токсичных форм кислорода может быть также важнейшим неспецифическим фактором в пато-генезе широкого круга заболеваний, включая артриты, эмфизему, некоторые виды рака и даже процесс старения.

Частичная детоксикация Н₂О₂ и происходит при участии природных антиоксидантов, например аскорбиновой кислоты, витамина Е и глу-татиона. Н₂О₂ обезвреживается также под действием ферментов – каталазы и пероксидазы:

(где ДН₂ – восстановленное органическое соединение, выступающее в качестве донора водорода)

Супероксиданион радикал кислорода обезвреживается ферментом супероксиддисмутазой:

Образующаяся Н₂О₂ разлагается антиоксидантами, каталазой и пероксидазой. Супероксиддисмутаза обнаружена во всех аэробных организмах от токсичного действия кислорода. У анаэробов этот фермент отсутствует.

В эукариотических клетках фермент глутатионпероксидаза более эффективно осуществляет детоксикацию Н₂О₂, чем каталаза. В качестве кофактора этот фермент содержит восстановленный глутатион, а также в активном центре фермента содержится аминокислота селеноцистеин. Цинк, медь и марганец являются необходимыми компонентами для активности изоферментов супероксиддисмутазы. Таким образом мы видим, что микроэлементы играют также важную роль в детоксикации активных форм кислорода.

5.4 Пентозофосфатный путь окисления углеводов

Помимо катаболизма углеводов по пути гликолиза существует другой, альтернативный путь, получивший название гексозомонофосфатного или пентозофосфатного пути.

Расхождение путей окисления начинается со стадии образования глюкозо-6-фосфата.

Если глюкозо-6-фосфат изомеризуется во фруктозо-6-фосфат, который фосфорилируется второй раз и превращается во фруктозо-1,6-дифосфат, то в этом случае дальнейший распада углеводов происходит по обычному гликолитическому пути. Если второго фосфорилирования фруктозы-6-фосфат не происходит, то фосфорилированная глюкоза может подвергаться прямому –окислению до фосфопентоз.

В норме доля пентозофосфатного пути в количественном превращении глюкозы обычно невелика, варьирует у разных организмов и зависит от типа ткани, ее функционального состояния.

Значение этого пути в обмене веществ велико. Этот путь выполняет 3 основные функции:

1) поставляет НАДФН, который используется в биосинтезе жирных кислот, холестерина и т.д.;

2) является источником рибозо-5-фосфата, необходимого для синтеза нуклеиновых кислот;

3) генерирует эритрозо-4-фосфат, который используется для синтеза ароматических аминокислот: фенилаланина, тирозина, триптофана.

Реакции пентозофосфатного цикла протекают в цитоплазме клетки и состоят из окислительной и неокислительной стадий.

Первая окислительная реакция – дегидрирование глюкозо-6-фосфата:

6-Фосфоглюконолактон – соединение неустойчивое и с большой скоростью гидролизуется:

Во второй окислительной реакции 6-фосфоглюконовая дегидрируется и декарбоксилируется:

Рибулозо-5-фосфат может изомеризоваться с образованием ксилулозо-5-фосфат или рибозо-5-фосфат:

При определенных условиях пентозофосфатный путь на этом этапе может быть завершен. Однако при других условиях наступает неокислительный этап пентозофосфатного цикла. Реакции этого этапа не связаны с использованием кислорода и протекают в анаэробных условиях.

Шесть молекул глюкозо-6-фосфата, вступая в пентозофосфатный цикл, образуют 6 молекул рибулозо-5-фосфата и 6 молекул СО₂, после чего из 6 молекул рибулозо-5-фосфата снова регенерируется 5 молекул глюкозо-6-фосфата. Образовавшийся НАДФН используется в цитозоле на восстановительные синтезы и, как правило, не участвует в окислительном фосфорилировании, протекающем в митохондриях.

5.5 Включение других углеводов в процесс гликолиза

Кроме глюкозы окислению могут подвергаться и другие моносахариды, которые образуются при гидролизе дисахаридов и полисарахаридов, например: фруктоза – при гидролизе сахарозы и т.д. При этом они превращаются тем или иным путем в глюкозу или фруктозу-6- фосфат.

5.5.1Фруктоза

Фруктоза включаясь в гликолиз, подвергается фосфорилированию при участии фермента гексокиназы и АТФ:

Эта реакция ингибируется глюкозой, образовавшийся фруктозо-6- фосфат превращается во фруктозо-1,6-бисфосфат (см. реакции гликолиза), что в итоге приводит к образованию ПВК. Таков главный путь включения фруктозы в метаболизм в мышечной ткани, почках. Однако, в печени существует другой путь включения фруктозы в гликолиз.

В ней имеется фермент фруктокиназа, который катализирует фосфорилирование фруктозы не по шестому, а по-первому атому углерода:

Эта реакция не блокируется глюкозой. Образовавшийся фруктозо-1-фосфат расщепляется под действием альдолазы на диоксиацетонфосфат и Д-глицеральдегид:

Образовавшийся глицеральдегид под влиянием соответствующей киназы подвергается фосфорилированию и включается в гликолиз:

Схематически данный процесс можно представить таким образом (ферменты см. в тексте):

Галактоза

Обмен галактозы начинается с превращения ее в галактозо-1-фосфат. Эта реакция катализируется галактокиназой:

Далее галактозо-1-фосфат в присутствии УДФ-глюкозы и фермента трансферазы превращается в УДФ-галактозу, одновременно образуется глюкоза-1-фосфат:

Глюкозо-1-фосфат переходит в глюкозо-6-фосфат и далее участвует в гликолизе или под влиянием фосфатазы образует свободную глюкозу.

УДФ-галактоза под действием эпимеразы превращается в УДФ-глюкозу:

УДФ-глюкоза взаимодействуя с пирофосфатом образует глюкозо-1-фосфат:

Глюкозо-1-фосфат следует по пути превращений описанных выше.

Схематически этот процесс можно представить (ферменты см. в тексте):

Биосинтез

Глюконеогенез

Глюкоза может не только окисляться в клетках, но и синтезироваться из различных продуктов метаболизма. Такими продуктами в первую очередь являются молочная и пировиноградная кислоты, так называемые гликогенные аминокислоты, глицерол и др. соединения, иначе говоря, предшественниками глюкозы в глюконеогенезе может быть пируват или любое соединение, превращающееся в процессе катаболизма в пируват или один из промежуточных продуктов цикла трикарбоновых кислот. Таким образом, ГЛЮКОНЕОГЕНЕЗ-это синтез глюкозы из неуглеводных продуктов.

Большинство стадий глюконеогенеза представляет собой обращение реакций гликолиза. Только 3 реакции гликолиза необратимы, поэтому на 3-х этапах используются другие ферменты.

Рассмотрим синтез глюкозы из пировиноградной кислоты.

Реакция превращения ПВК в фосфоенолпировиноградная кислоту необратима, поэтому ФЕП получается обходным путем. Первый этап протекает в митохондриях:

Коферментом пируваткарбоксилазы является биотин (витамин Н).

Оксалоацетат не может пройти через мембрану митохондрий, поэтомувосстанавливается в митохондриях до яблочной кислоты под действием митохондриальной малатдегидрогеназы:

Малат легко выходит из митохондрии в цитоплазму. Здесь он вновь окисляется при помощи цитоплазматической малатдегидрогеназы:

Путем декарбоксилирования и фосфорилирования оксалоацетат превращается в фосфоенолпировиноградную кислоту:

Далее идут обратимые реакции гликолиза, вплоть до превращения фруктозо-1,6-бисфосфат во фруктозо-6-фосфат. Это вторая необратимая реакция, катализируемая ферментом фосфатазой:

Фруктозо-6-фосфат обратимо превращается в глюкозо-6-фосфат, а далее следует третья необратимая реакция:

Фотосинтез

В растительных клетках глюкоза синтезируется за счет фотосинтеза.

Фотосинтез – это синтез углеводов и других органических соединений из неорганических – СО₂ и Н₂О – под действием энергии солнечного света.

Различают две части фотосинтеза – световой и темновой процессы.

Световой процесс включает поглощение света, разложение воды на водород и кислород (фотоокисление),восстановление НАДФ⁺, фосфорилирование АДФ:

Темновой процесс фотосинтеза – это восстановление диоксида углерода за счет водорода НАДФН и энергии АТФ.

Суммарный результат светового и темнового процессов:

Выделяемый растениями кислород образуется из воды при ее разложении в световом процессе.

Механизм светового процесса

Свет поглощается хлорофиллом, связанным с белками. Хлорофилл-это производное порфирина, содержащее магний.

Поглощающие свет хлорофилл-белковые комплексы находятся в тилакоидах – мембранных структурах хлоропластов.

При поглощение света хлорофилл переходит в высокоэнергетическое, возбужденное состояние.

В этом состоянии он становится донором высокоэнергетического электрона. Электрон акцептируется электронпереносящей цепью мембраны тилакоидов, а молекула хлорофилла превращается в свободный радикал:

Этот же комплекс хлорофилла с белком осуществляет фоторазложение воды:

Электроны, образующиеся при восстановлении воды акцептируются радикалами хлорофилла, который возвращается в исходное, невозбужденное состояние.

Электронпереносящая цепь тилакоидных мембран содержит переносчики электронов,которые по механизму действия сходны с переносчиками митохондриальной электронпереносящей цепи. Как и в митохондриях перенос электронов сопровождается синтезом АТФ. Конечным акцептором электронов в тилакоидной мембране служит НАДФ⁺, который восстанавливается в НАДФН. Акцептором электронов с электропереносящей цепи может быть и радикал хлорофилла. В этом случае АТФ синтезируется, а фотолиз воды и восстановление НАДФ не происходят. С другой стороны возможны фотолиз воды и восстановление НАДФ без синтеза АТФ в электронпереносящей цепи.

Реакции темнового процесса.

Реакция фиксации СО₂ катализируется рибозо-1,5-бисфосфаткарбоксилазой

В результате получается две молекулы 3-фосфоглицериновой кислоты. Для синтеза одной молекулы глюкозы необходима фиксация шести молекул СО_2.

Далее 3-фосфоглицерат в реакциях, идентичных тем, которые происходят при глюконеогенезе, превращается во фруктозо-6-фосфат:

Одна из шести молекул фруктозо-6-фосфата составляет чистый выход и может превратиться в глюкозо-6-фосфат. Пять других молекул фруктозо-6-фосфата необходимы для возобновления цикла: они превращаются в шесть молекул рибулозо-5-фосфата по пути неокислительного образования пентоз. Наконец, рибулозо-5-фосфат при участии соответствующей киназы образует рибулозо-1,5-бисфосфат и цикл повторяется.

Следует отметить, что главными нефосфорилированными углеводами, образующимися при фотосинтезе, у большинства растений являются сахароза и крахмал, а не глюкоза.

Биосинтез сахарозы

При синтезе сахарозы донором глюкозы является уридиндифосфатглюкоза (УДФ-глюкоза). Катализирует реакцию сахарозосинтаза: