Биологический каталог




Основы биохимии. Том 2

Автор А.Уайт, Ф.Хендлер, Э.Смит, Р.Хилл, И.Леман

читать пластоцианин электронным переносчиком между цитохро-мом с552 и хлорофиллом по аналогии с митохондриями и потому, что Е'0 для пластоцнанина на 40 мВ выше, чем для цитохрома С552. Однако этот пластоцианин не вмонтирован в мембрану; он или слабо удерживается на внутренней поверхности тилакондной мембраны, или растворен в жидкости внутреннего пространства тилакоидов. Несмотря на это, он окисляется, когда Р7оо подвергается освещению при 77 К, и вновь восстанавливается при освещении хлоропластов светом с длиной волны 675 нм. Скорости этих обоих процессов, по-видимому, совпадают с таковыми для цитохрома ^552 и соответствуют физиологическим потребностям, хотя физическое местонахождение пластоцнанина служит указанием против его роли как непосредственного восстановителя хлорофилла реакционного центра I. Продвижение электрона вдоль этой цепи сопровождается генерацией молекулы АТР аналогично образованию АТР в сегменте комплекса III цепи митохондриального электронного транспорта. ??"? пары цитохром Ь559 и Р700 составляет около 400 мВ.

Восстановление NADP'-. В результате освещения Р?оо (??= ==-{-470 мВ) становится возможным восстановление внологенов — красителей с потенциалом средней точки — 700 мВ; это означает, что разность потенциалов составляет 1200 мВ. Непосредственными акцепторами электрона от Р7по, по-видимому, являются два связанных в мембране железосеропротеида из категории (FeS)4 с Е'0 =—590 и 550 мВ соответственно, известных теперь под названием ферредоксин-восстанавливающих компонентов (ФВК). Электроны продвигаются от них к пулу более легко экстрагируемых ферредоксинов типа (FeS)2.

16. МЕТАБОЛИЗМ УГЛЕВОДОВ. Ill

721

У дефицитных по железу клеток многих видов флаводоксины (разд. 13.2), по-видимому, заменяют ферредоксин в этой системе; флаводоксины всегда присутствуют вместо ферредоксина у некоторых красных водорослей. Наконец, электроны проходят через флавопротеид (ферредоксин-ЫАОР-редуктазу) к NADP+, тем самым завершая процесс, в результате которого Н20 используется для восстановления NADP+.

16.4.2. Фотосинтетическое фосфорилирование

16.4.2.1. Циклическое фотофосфорилирование в растениях

Необходимы как минимум 18 АТР и 12 NADPH, чтобы совершился синтез гексозы. Если функционирует модифицированная система, включающая Сгчелнок, требуются еще два дополнительных АТР. Более того, клетке требуется АТР и для удовлетворения многих других нужд. Как показано на рис. 16.14, система I также способна к осуществлению механизма циклического фотофос-форилирования, аналогичного тому, которое свойственно фотосин-тезируюшим бактериям. Неясно, начинается ли возврат электронов с ФВК или с растворимого ферредоксина, но во всяком случае включено еще одно вещество неизвестной природы, названное фосфодоксином, и особый цитохром fc-типа Ььм, от которого электроны переносятся к цитохрому / и пластоцианину и в обратном направлении к Р700, с образованием АТР, происходящим в связи с этим процессом. Когда практически весь NADP восстанавливается, он дает сигнал обратной связи для торможения потока электронов из фотосистемы I, но циклический транспорт электронов может с выгодой беспрепятственно продолжаться при условии обеспечения притока ADP и ?,·. Возможно также, что модифицированная система I, которая служит для циклического фотофосфо-рилирования, совершенно отделена и не зависит от тех единиц системы I, которые сопряжены с системой II.

16.4.2.2. Фотофосфорилирование

Поток электронов через фотосинтетическую электронтранспорт-ную цепь приводит к генерации АТР. Эти два процесса сопряжены не столь прочно, как в митохондриях; для выделения 02 и восстановления NADP присутствие ADP и Р,- не является абсолютно необходимым. Однако в присутствии системы, окисляющей NADPH, разобщающие агенты вызывают существенное увеличение скорости фотосинтетического выделения 02 и восстановления NADP, иногда даже в 3—4 раза. Стало быть, сопряжение достаточно эффектив-

722

111. МЕТАБОЛИЗМ

но. Возможно, что такое устройство выгодно в физиологическом смысле. В то время как окисление NADH в митохондриях становится бесполезным, если не происходит генерации АТР, несколько менее тесное сопряжение в хлоропластах позволяет аппарату обеспечить клетку вполне достаточным притоком как АТР, так и NADPH, причем до известной степени независимо друг от друга. Как показано на рис. 16.14, синтез АТР происходит сопряженно с окислением двух главных цитохромов Ь цитохромами с и, вероятно, также в связи с действием системы II.

Механизм фотофосфорилирования чрезвычайно напоминает механизм транспорта электронов в митохондрии, и доводы в пользу гипотезы движения протонов (гл. 12) еще более убедительны в случае хлоропластной системы. К числу некоторых общих свойств окислительного и фотосинтетического фосфорилирования относятся следующие:

1) олигомицин и флорнцин ннгибируют и электронный транспорт, и фосфорилирование;

2) антимицин А блокирует окисление цитохромов Ь\

3) все ингибиторы электронного транспорта препятствуют фос-форилированию;

4) одни и те же липофильные фенолы действуют как разобщители;

5) оба процесса зависят от целостности мембраны. Действие разобщителей заключается в том, что они транспортируют протоны обратно через мембрану; в хлоропластах NH3 и CH3NH2 могут действовать также как липофильные фенолы.

Транспорт электронов в фотосинтетической мембране приводит к возникновению ??? ~3,0, но путем перекачивания протонов из етромы в тилакоидный матрикс, занимающий очень маленький объем (рис. 16.8). Напомним, что в аналогичных процессах, связанных с митохондриальным электронным транспортом, протоны движутся внутрь межмембранного пространства митохондрии и из митохондрии, и таким путем происходит их сильное разбавление и забуферивание. Очевидно, поведение тилакоидов больше напоминает поведение вывернутых субмитохондриальных частиц, приготовленных путем озвучивания, у которых выбрасываемый протон удерживается в малом объеме, так что устанавливается существенный градиент ???, равно как и ??. В процессе тилакоид-ного фосфорилирования ??? может достигать 150—200 мВ, в то время как величина ?? может составлять ~ 100 мВ, обеспечивая тем самым ???+^?>250 мВ. Роль ??? была продемонстрирована следующим образом. Хлоропласты в темноте на короткое время помещали в среду с рН 4,5, содержащую проникающий ион, такой, как сукцинат, подкисляя тем самым внутреннюю область ти-лакоида. Когда хлоропласты (по-прежнему в темноте) переносили

16. МЕТАБОЛИЗМ УГЛЕВОДОВ. Ill

723

в относительно щелочной раствор (рН 8,3), содержащий ADP и Р,, АрН некоторое время составляло 4 единицы, или 240 мВ. При этом система генерирует 100 молекул АТР на молекулу хлорофилла, проявляя совершенно изумительные свойства.

Локализация ряда компонентов в тилакоидной мембране установлена: цитохром /, пластоцианин и генератор кислорода находятся на внутренней стороне мембраны; ферредоксин-NADP-pe-дуктаза и ее субстраты расположены на обращенной в сторону стромы стороне. Поверхность мембраны, обращенная к строме, усеяна частицами сопрягающего фактора CF] (мол. масса 325 000), который очень похож на соответствующий фактор митохондрий. Он также состоит из объединенных попарно пяти неидентичных субъединиц ?, ?, ?, ? и ?. Субъединица ? необходима для прикрепления к мембране у CF0 гидрофобного интегрального мембранного белка, состоящего по меньшей мере из трех субъединиц. Будучи изолированным, CF! обнаруживает лишь умеренную гидролитическую АТРазную активность, в то время как деградированная форма, которая состоит только из ?? единиц, обладает выраженной АТРазной активностью, которая ингибируется ?-единицами. Освещение мембраны, добавление АТР или повышение [Н+] вызывают глубокое конформационное изменение в CF|. Это проявляется в сильном возрастании количества обмениваемых водородов в CF] и доступности ранее недосягаемых аминогрупп единиц ?, ? и ? для действия соответствующих реагентов. Одновременно открывается несколько сульфгидрильных групп.

Препараты изолированного фермента содержат две прочно связанные молекулы ADP и катализируют реакцию аденилаткиназ-ного типа (2ADP—нАТР+АМР). Однако считают, что образование АТР происходит, так же как в митохондриях, путем фосфорилирования ADP.

В освещенных хлоропластах протоны транспортируются через мембрану в одном или более сегментах электронтранспортной цепи; они возвращаются из матрикса тилакоида в строму хлоропласта, проходя канал в CF0 и попадая на обратимую АТРазу, расположенную на наружной поверхности тилакоидной мембраны, где ???+ движет синтез АТР.

Истинная скорость фотосинтетической генерации АТР в живой клетке, связанной с одновременно идущим процессом образования NADPH, остается невыясненной. Для синтеза углеводов требуется минимальное соотношение ЗАТР : 2NADPH. Все другие проявления клеточной активности должны, по-видимому, способствовать увеличению потребности в АТР. Можно получить хлоропласта, дающие указанное соотношение 3:2, но неизвестно, является ли это отражением продуцирования более чем одной молекулы АТР при прохождении пары электронов через системы I и II,

724

III. МЕТАБОЛИЗМ

или же это отражает колебания скорости циклического фотофос-форилирования.

16.4.3. Регуляция фотосинтеза

Система фиксации С02 функционирует при наличии целого ряда приспособлений для автоматической саморегуляции, благодаря чему достигается высокая эффективность фиксации С02 при обычной его концентрации в атмосфере и при относительно низкой освещенности и обеспечивается возможность избежать невыгодных реакций в темноте. Контрольные механизмы заложены в свойствах некоторых участвующих в процессе ферментов. Высокая концентрация рибулозодифосфат-карбоксилазы в сочетании с присущим ей большим числом оборотов способствует тому, что ограничивающим фактором для большей части дневного времени является свет, а не [С02], хотя рост большинства растений может стимулироваться поднятием парциального давления С02.

Особенно изяшны те контрольные приспособления, которые основаны на свойствах, присущих освещенной тилакоидной мембране; она обеспечивает стром

страница 37
< К СПИСКУ КНИГ > 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126

Скачать книгу "Основы биохимии. Том 2" (8.40Mb)


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]  [обратная связь]

п»ї
Rambler's Top100 Химический каталог

Copyright © 2009
(20.08.2019)