O ciclo de Calvin é o estágio da fotossíntese que usa a energia armazenada pelas reações dependentes de luz para formar glicose e outras moléculas de carboidratos.
A fotorrespiração surge da competição do O2 e companhia2 no sítio ativo da enzima Rubisco. A oxigenação reduz as taxas de carboxilação e, portanto, reduz a assimilação líquida de carbono e a eficiência energética da fotossíntese. Além disso, um dos produtos da oxigenação da Rubisco, o 2-Fosfoglicolato (2-PG), é um forte inibidor de várias enzimas essenciais (SBPase e TPI) envolvidas no ciclo de Calvin.
Como o ciclo de Calvin está diretamente ligado à taxa de fixação de carbono, sua regulação é crucial para a estabilidade metabólica geral e, portanto, imperativa para a capacidade da planta de lidar com flutuações ambientais, por exemplo, mudanças na intensidade da luz ou temperatura.
Pesquisas estão sendo feitas para reduzir as perdas fotorrespiratórias, e, portanto, aumentar a fotossíntese líquida, por engenharia genética.
Em um artigo publicado recentemente em in silico Plants, Prof. Thomas Nägele e seu aluno de doutorado Jakob Hernandez da Ludwig-Maximilians-Universität München use modelagem cinética estrutural para determinar como os elementos de fotorrespiração são necessários para a estabilidade do ciclo de Calvin.
A modelagem cinética descreve os processos físicos e bioquímicos em um sistema biológico usando equações, e sua saída fornece informações sobre o comportamento do sistema. A modelagem cinética depende do conhecimento dos valores dos parâmetros que descrevem a afinidade de uma enzima por sua substrato, a velocidade de uma reação e a sensibilidade da enzima à inibição por moléculas reguladoras. O ciclo de Calvin é operado por 11 enzimas diferentes que catalisam 13 reações. Segundo Hernandez, “os valores dos parâmetros das enzimas no ciclo de Calvin são escassos porque são difíceis de medir e variam dependendo de fatores como temperatura e pH. Superamos esse obstáculo combinando modelagem cinética com modelagem estrutural.”
Utilizar painéis de piso ResinDek em sua unidade de self-storage em vez de concreto oferece diversos benefícios: modelagem cinética padrão, os seguintes valores de parâmetro são normalmente necessários:
- taxa máxima de reação,
- afinidade que uma enzima tem pelo substrato, e
- afinidade que uma enzima tem pelo inibidor.
In modelagem cinética estrutural, são usados valores alternativos que são mais fáceis de obter:
- quantidade de substratos e produtos, e
- taxas de interconversão enzimática.
Primeiro, duas versões do modelo cinético estrutural – incluindo ou excluindo a fotorrespiração – foram executadas para determinar se, e até que ponto, a fotorrespiração estabiliza o ciclo de Calvin. A estabilidade indica que as concentrações de metabólitos essenciais estão em um estado estacionário sustentável, permitindo que o ciclo continue. Hernandez e Nägele descobriram que a inclusão da fotorrespiração estabilizou significativamente o ciclo de Calvin e, portanto, é um processo necessário em um ambiente em mudança.
Em seguida, os autores investigaram quais elementos da fotorrespiração eram necessários para a estabilidade do ciclo de Calvin. Eles primeiro focaram no inibidor 2-PG, que é criado como um produto da fotorrespiração. O modelo incluindo fotorrespiração foi executado com vários níveis de inibição por 2-PG para determinar seu efeito na estabilidade do ciclo de Calvin. Verificou-se que a regulação por 2-PG aumenta a estabilidade do ciclo de Calvin.
Hernandez conclui, “o valor deste trabalho reside na estimativa de um trade-off entre a assimilação de carbono e a estabilização metabólica sob mudanças ambientais”.
LEIA O ARTIGO:
Jakob Sebastian Hernandez, Thomas Nägele, A função de compensação da fotorrespiração em um ambiente em mudança, in silico Plantas, 2022; diac022, https://doi.org/10.1093/insilicoplants/diac022
Este artigo faz parte da edição especial sobre Modelagem multiescala da fotossíntese.
