Связывание углерода

Связывание углерода — общее название совокупности процессов, при которых углекислый газ CO₂ преобразуется в органические вещества. Такие процессы используют автотрофы, то есть организмы, которые сами вырабатывают необходимые для себя органические вещества. В частности, процесс связывания углерода является составной частью фотосинтеза.

Известно восемь биохимических путей связывания углерода автотрофными организмами. Наиболее распространённым биологическим процессом связывания углерода является цикл Кальвина.

Растения

Растения при фотосинтезе используют три разных процесса связывания углерода, и, соответственно, делятся на три разных класса.

• С₃ растения используют цикл Кальвина, создавая соединения, которые содержат три атома углерода. Этот тип фотосинтеза свойственен для большинства наземных растений.
• С₄-растения перед циклом Кальвина включают CO₂ в соединение с 4 атомами углерода. Такие растения имеют особое внутреннее строение листьев. К ним принадлежат сахарный тростник и кукуруза. В общем, С₄ процесс используют 7600 видов растений, что составляет 3 %, от общего количества.
• CAM-растения запасают CO₂ ночью в виде производных от яблочной кислоты и выделяют его днём для увеличения эффективности цикла Кальвина. Такой механизм используют 16 тысяч видов растений, в частности, кактусы.

Микроорганизмы

Для микроорганизмов известны другие, отличные от цикла Кальвина, механизмы связывания углерода. К ним принадлежат:

• Обратный цикл Кребса
• Восстановительный ацетил-КоА путь
• 3-гидроксипроприонатный путь и два родственных цикла (3-гидроксипропионатный/4-гидроксибутиратный и дикарбоксилатный/4-гидроксибутиратный).

Гетеротрофы

Хотя почти все гетеротрофы не могут синтезировать полностью органические молекулы из двуокиси углерода, некоторое количество углекислого газа включается в их метаболизм. Впервые гетеротрофная ассимиляция углекислоты была обнаружена в 1936 г. Х.Вудом и К.Веркманом (H.Wood, C.Werkman) при изучении сбраживания глицерина пропионовыми бактериями. Карбоксилирование пирувата, приводящее к образованию щавелевоуксусной кислоты, получило название реакции Вуда-Веркмана. Показано, что реакции карбоксилирования имеют место у всех гетеротрофных прокариот, а также в клетках всех эукариотных организмов, включая высшие растения и животных. Некоторые гетеротрофы используют отдельные реакции включение оксида углерода (в виде карбонат иона) в своём метаболизме. В частности, такую реакцию осуществляет пируваткарбоксилаза при глюконеогенезе, ацетил-КоА-карбоксилаза при синтезе жирных кислот, карбоксилаза аминоимидазолрибонуклеотида при синтезе пуриновых нуклеотидов de novo, а также оксид углерода потребляется при анаплеротических реакциях и для синтеза карбамоилфосфата ферментом карбамоилфосфатсинтазой.

См. также

• Метаболизм
• Хемосинтез
• Фотосинтез
• Фиксация азота
• Автотрофы