Дж. Уилсон, Т. Хант - Молекулярная биология клетки - Сборник задач (1120987), страница 24
Текст из файла (страница 24)
7-11, к культуре метанобразующих бактерий, выращенных в атмосфере водорода, добавляли метанол и следили за изменением выделения в среду метана (СН4), величиной электрохимического протонного градиента (Л6ня) и внутриклеточной концентрацией АТР. При этом определяли также действие двух ингибиторов; ТСЯ, разрушающего электрохимический протонный градиент, и РССР, непосредственно ингибирующего АТР-синтетазу. Во всех экспериментах добавление метанола приводило к возрастанию электрохимического протонного градиента и к увеличению внутриклеточной концен>.- рации АТР. При добавлении ТСЯ (рис.
7-11, А) электрохимический протонный градиент исчезал и синтез АТР прекращался; однако выделение СН, при этом продолжалось. При добавлении РССР (рис. 7-11, Ь) прекращался синтез АТР и подавлялось выделение СН, однако не происходило какого-либо изменения электро- химического протонного градиента. Добавление ТСЯ после того, как синтез АТР и образование СН были подавлены ингибитором РССР (рис. 7-11, В), приводило к исчезновению электрохимического протонного градиента, но стимулировало образование СНя.
А. Известно, что 2,4-динитрофенол разрушает электрохимический протонный градиент в митохондриях. Можно ли ожидать, что его влияние на митохондрии будет аналогичным действию ТСЯ на метанобразующие бактерии, т.е, ингибируя образование АТР, он не будет подавлять образование СО,? Почему? Б. Известно, что олигомицин ингибирует АТР-синтетазу в митохондриях. Можно ли ожидать, что он будет действовать на митохондрии аналогично действию РССР на метанобразую>цие бактерии, а именно блокировать образование СО,, не изменяя электрохимический протонный градиент? Почему? В. Если к митохондриям, функции которых подавлены олигомицином, добавить 2,4-динитрофенол, произойдет ли стимуляция образования СО,, подобно тому как при добавлении ТСЯ к метан- образующим бактериям, метаболизм которых подавлен РССР, стимулируется образование СН4? Объясните ваш ответ.
Г. По какому механизму синтезируется АТР у метанобразующих бактерий; путем фосфорилироваиия, сопряженного с транспортом электронов, или путем субстратного фосфорилирования? 84 Глава 7 в отсутствие глюкозы (или иного субстрата, пригодного для окисления) движения не наблюдается. Используя ряд ионофоров, изменяющих градиент рН или мембранный потенциал (два компонента электрохимического протонного градиента), вы сделали несколько наблюдений. 1.
Движение бактерий, происходящее в присутствии глюкозы, прекращается при добавлении протонного ионофора, ГССР. 2. Калиевый ионофор валиномицип не влияет на подвижность бактерий в среде, содержащей глюкозу и К+. 3. Если в среде не содержится глюкозы, но есть ионы Ке, подвижность не появляется при добавлении валиномицина. 4. Если в среде нет глюкозы, но содержатся ионы Ха", то подвижность появляется после добавления валиномицина, но по прошествии небольшого промежупса времени исчезает. Все эти наблюдения суммированы в табл. 7-3. таблица 7-3. Действие ионофорон на подвижность бактерий дикого типа (задача 7-! 7) Ионофор Иои н среде Действие иа бактерии Наблюдение Глииеоза ГССР (Н') Валиномицин (К+) Валииомиции (Ке) Валииомиции (К') Присутствует Присутствует Остановка движения Продолжение движении Остаются неподвижными Двигаю ген, ио недол- го Отсутствует Отсутствует 7Ча ' Примечание; сиецифичносгв ионофора указана в скобках.
А. Объясните, каким образом каждое из этих наблюдений согласуется с гипотезой о том, что жгутик бактерий приводится в движение потоком протонов (концентрация К' внутри этих бактерий была ниже, чем во внешней среде). Б. Бактерии дикого типа подвижны как в присутствии, так и в отсутствие кислорода. Однако бактерии-мутанты, дефектные по АТР- синтетазе, в норме сопрягающей поток протонов с 'образованием АТР, подвижны только в присутствии кислорода. Чем обусловлена подвижность нормальных бактерий в отсутствие кислорода в среде, когда нет потока электронов? Как вы считаете, почему дефект по АТР-синтетазе препятствует подвижности бактерий-мутантов? Хлоронлгасты и фотосинтез (МБК 7.3) 7-18 Заполните пропуски в следующих утверждениях.
А. Внутренняя мембрана хлоропласта окружает большую централь. ную область, называемую , которая представляет со. бой аналог мнтохондриального матрикса. Б. Фотосинтетическая система поглощения света, цепь транспорта электронов и АТР-синтетаза находятся в уплощенных дисковид. ных мешочках, называемых В. Многочисленные реакции, протекающие при фотосинтезе, могут Преобразование энергии: митохондрии и хпоропласты 86 (ля ов, ю- ать то по аая еке- Два этапа энергизации электронов, каталнзируемые фотосистемами 1 и П, вместе образуют фотосинтеза.
При фотосистема 1 в хлоропластах переключается на циклическую форму работы, при которой энергия направляется на синтез АТР вместо МА1УРН. М дол- Н Укажите, какие из следующих утверждений правильные, а ка- кие-нет. Если утверждение неверно, объясните почему. В общем можно было бы представить себе хлоропласт как сильно увеличенную в размере митохондрию, в которой кристы собраны в стопки связанных между собой субмитохондриальных частиц, погруженных в матрикс. Для превращения СОз в углеводы требуется непосредственно энергия света, тогда как для образования Оя энергия света необхо- дима опосредованно.
Главная реакция фиксации углерода состоит в том, что СОз атмосферы реагирует с пятиуглеродным соединением рибулозо- 1,5-бисфосфатом с образованием двух молекул трехуглеродного соединения З-фосфоглицерата. Для образования органических молекул из СОя и Н,О требуется как энергия связанного фосфата (АТР), так и восстановительная сила (1чАОРН). Чтобы избежать потерь из-за фотодыхания, многие растения, живущие в теплом сухом климате, выработали приспособление, заключающееся в «накачивании» СОз в клетки обкладки проводя- щих пучков, чем обеспечивается высокая концентрация СОя для рибулозобисфосфат-карбоксилазы.
Процесс превращения энергии начинается с того, что молекула хлорофилла возбуждается квантом света и один электрон перехо- дит на новую орбиту с более высокой энергией. Когда молекула хлорофилла в антенном комплексе поглощает фотон, возбужденный электрон быстро переносится с одной моле- 7-19 ется ение )ыла гсут- 1ТР- ннем звлерода чему 1-му- В. ."г со- Е. юрта овид- ногут быть разделены на две большие категории: реакции и реакции Г. Фиксация углерода катализируется ферментом , который считается самым распространенным белком на Земле.
Д. Превращение СОя в углеводы происходит в гшкле реакций, который называется циклом Е. Дисахарид -это то основное соединение, в виде которого углеводы транспортируются из одних клеток растения в другие; она выполняет здесь ту же функцию, что и глюкоза в клетках животных. Ж. — это крупный полимер глюкозы, который, подобно гликогену в животных клетках, служит у растений запасным углеводом, 3. Растения, которые накачивают СОи называются растениями; все другие называются -растениями. И.
Энергия, необходимая для осуществления электронного транспорта при фотосинтезе, извлекается из солнечного света, поглощаемого молекулами К. Фотосистема состоит из двух тесно связанных компонентов: который нужен для улавливания энергии света, и , который переносит возбужденные электроны на акцепторы в составе электронтранспортной цепи. Л. При фотосинтезе у растений и циаиобактерий как АТР„так и 1ЧАРРН образуются в двухступенчатом процессе, называемом 86 Глава 7 3. К.
Н. Вспомнив знаменитый опыт Джозефа Пристли, в котором веточка мяп~ сохранила жизнь мыши в герметичной камере, вы можете проделать аналогичный эксперимент, чтобы узнать, как ведут себя Сз- и Сх-растения, когда оказываются вместе в замкнутом пространстве. Вы можете поместить растение кукурузы (С4) и герани (С,) в герметичную пластиковую камеру с нормальным составом воздуха (концентрация СО,— 300 частей на миллион) и поставить ее на подоконник в вашей лаборатории.
Что произойде~ с этими растениями? Будут ли растения конкурировать илн сосушесгвовать? Если они будут конкурировать, какое из них победит и почему? Сколько энергии несет видимый солнечный свет? Сколько энергии солнечного света доходит до поверхности Земли? Какова эффективность растений в превращении энергии света в химическую энергию? Ответы на эти вопросы вносят определенную ясность в проблему фотосинтеза. Каждый квант или фотон света имеет энергию Ьч, где й — постоянная Планка (1,58 х 10 з' ккал.с/фотон), а г-частота света (с ').
Частота равна с/Х, где с -скорость света (3,0 х 1О'" нм/с), Х вЂ” длина волны в нм. Таким образом, энергия (4') фотона равна ~ = йг = Ьс?Л. Рассчитайте энергию одного моля фотонов (6 х 10" фотон,смоль) волн 400 нм (фиолетовый свет), 680 нм (красный свет) и 800 пм (ближний инфракрасный свет). Яркий солнечный свет приносит на землю 0,3 ккал?с на квадратный метр.
Предполагая для простоты, что солнечный свет. это 7-21 кулы хлорофилла на другую, пока не достигнет фотохимического реакционного центра. Фотосистема обеспечивает активацию светом непосредственного переноса электрона с одной молекулы, например цитохрома, который является слабым донором электронов, на другую моле- кулу, например хинона, который в восстановленной форме явля- ется сильным донором электронов. Пурпурные бактерии используют свой фотохимический реакцион- ный центр для генерации электрохимического протонного гради- ента на плазматической мембране, который в свою очередь служит движущей силой образования АТР и обратного транспорта элект- ронов, необходимого для образования ХА(3Н. За счет объединения двух фотосистем в У;схеме фотосинтеза зпергизации двух электронов из воды двумя фотонами света достаточно для восстановления ХА(3Р' до )ЧА)ЗРН, Баланс между нециклическим фотофосфорилированием, при кото- ром образуются АТР и 1чА(3РН, и циклическим фотофосфорили- рованием, приводящим к образованию только 1~(А)3РН, регулиру- ется в соответствии с потребностью в АТР.
Интактные тилакоидные диски сходны с субмитохонлриальными частицами в том, что участки электронтранспортной цепи, сопря- женные с использованием ХА)3Р', АРР и фосфата, расположены с наружнои стороны мембраны. Поступление глицеральдегид-3-фосфата из хлоропластов †э не только основной источник фиксированного углерода для осталь- ной части клетки, но также источник восстановительной силы и АТР, необходимых для других биосинтетических реакпий в цитозоле. Преобразование энергии; митохондрии и хлоропластм 87 монохроматический свет с длиной волны 680 нм, рассчитайте, за какое время один моль фотонов покроет поверхность площадью в один квадратный метр. В.
Предполагая, что для фиксации одной молекулы СО, в процессе синтеза углевода при оптимальных условиях требуется восемь фотонов (8-10 фотонов †принят в настоящее время величина), рассчитайте, сколько времени понадобится растению томата (листовая поверхность которого один квадратный метр), чтобы синтезировать один моль глюкозы из СО,. Можете принять, что фотоны бомбардируют лист со скоростью, вычисленной в пункте Б, и все падающие на лист фотоны поглощаются листом и используются для фиксации СО,. Г.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
