Biokhimia_T2_Strayer_L_1984 (1123303), страница 51
Текст из файла (страница 51)
19.13) известно сравнительно немного. Окнслительно-восстановнтельнгяй потенциал этого реакционного центра-около +0,8 В. Под действием света возникает очень сильный окислитель Х' (окисленная форма реакционного центра нли ее производное) и слабый восстановнтель О , локализованный в этом центре. Х' извлекает электроны нз НтО с образованием О,. Существенную роль в этом процессе играет марганец. 42 + 2НтО -~ 47 + 4Н + Оз. Часть П. Генерирование 190 н хранение энергии Р ПРОТОННЫЕ тоаасаст "+ дт р РС пРотонные траанвнт — В дур г !9.11. При переносе электронов от фотоснстемы П к фотосистеме 1 создается протонный градиент Фотосистемы 1 и П связаны между собой рялом электронных переносчиков, которые играют двойную роль.
1. Через это связующее звено электроны переходят от фотосистемы П к фотосистеме !. Этн электроны необходимы для рвгенврирования восстановленной формы Р700, реакционного центра фотосистемы 1, О ! 1~~ СНт — СН=С вЂ” СНт Н 2. При переносе электронов через данное связующее звено создается протонный градиент через мембрану тилакоидов. В возникновение этого градиента вносят вклад также протоны, образующиеся при вылелении О,. Реакция среды в полости тилакондов становится более кислой.
Возникающий протонный градиент запускает синтез АТР (разд. 19.13). Из фотоактивированного реакционного центра фотосистемы П электрон переносится на О, прочно связанную молекулу пластохииана. Этот хинон очень сходен с убихиноном (разд. !4.4), компонентом цепи переноса электронов в митохондриях, и О На-67 Мег-92 сн, Н!в-37 Рис. 19.14. Структура координированного иона меди в пластоцианине.
с витамином К (разд. 11.11). От О электрон переносится затем к подвижным пластахинанам и затем к цитахраму Ьььь. Следующий член цепи переноса электронов — цитахрам с„, (ранее называвшийся цитохромом Т), представляющий собой в отличие от цитохрома с в митохондриях интегральный мембранный белок. Конечным переносчиком электрона от фотосистемы П к фотосистеме 1 является плагтацианин, представляющий собою белок в !0,5 кДа с одним атомом меди, который координационно связан с четырьмя группами: цисгеином, метионином и двумя гистидиновыми боковыми цепями (рис.
!9.!4). Эта пространственная координация отличается от имеющих плоскоспюй характер низкомолекулярных комплексов Спг'. Локализованное натяжение при атоме Сп, вероятно, облегчает перенос электрона, поскольку Си находится попеременно в степени окисления + 1 и + 2, Атом Сп расположен вблизи поверхности молекулы пластоцианина, он закрыт только гистндиновой боковой цепью, и перенос электронов к Сп может осуществляться посредством прямого механизма (разд. 14.16). Благодаря переносу электрона с восстановленного пластоцианина на окисленную форму Р700 реакционный центр вновь может служить донором электронов, образующим ХАТЭРН при освещении, Суммарная реакция, протекающая при фотоактивации фотосистем 1 и П, выглядит следующим образом: 2НгО + 2ХАПР+ -ь Ог + + 2ХА)УРН + 2Н 19.12. Прн циклическом переносе элекгронов через фотоснстему 1 может образовыватьси также АТР Существует другой путь переноса электронов, происходящих из Р700, реакционного центра фотосистемы 1.
Электрон с высоким потенциалом в связанном ферредоксине может переноситься не на ХАОР", а на цито- хром Ь,вз. Затем происходит обратный поток этого электрона к осиленной форме Р700 через цитохром с, г и пластоцианин. Другими словами, имеет место циклический поток электронов. При возврагцении электронов в реакционный центр через цито- хром Ьььз и пластоцианин происходит генерирование АТР. Поэтому описанный процесс называется циклическим фотофасфорилираванивм (рис. 19.16).
При действии этого механизма генерирование АТР нв сопровождается одновременным образованием НАОРН. Фотосистема Н ие участвует в циклическом фосфорилировании, и, следовательно, образования О, из Н,О не происходит, Циклическое фотофосфорилирование активно функционирует, когда содержание ХА)ЗР оказывается ниже, чем это необходимо для акцентирования электронов от восстановленного ферредоксииа. Такое состояние возникает при высоком соопюшении ~ХАПРНЯХА)ЗР'~.
!9АЗ. Протонный градиент через мембрану тнлакондов запускает синтез АТР В 1966 г, Андре Ягендорф (Апдге 1айепдогй показал, что хлоропласты синтезируют АТР в темноте при создании искусственного градиента рН через мембрану тилакоидов. Для возникновения такого преходящего градиента рН хлоропасты погружали иа несколько часов в буфер с рН 4. Затем хлоропласты быстро смешивали с буфером рН 8, содержащим А(УР и Р, В результате рН стромы моментально возрастал до 8, тогда как рН полости тилакоидов оставался равным 4. Исчезновение возникшего градиента рН в мембринг тилакаидав сопровождалось вспышкой синтеза АТР (рис.
!9.17), Этот показательный эксперимент представляет собою сильный аргумент в пользу хемиосмотической гипотезы синтеза АТР (разд. !4.5). Действительно, механизм синтеза АТР в хлоропластах весьма близок к таковому Иными словами, свет вызывает перенос электронов от НзО к НАТгРН (рпс.
19.!5). 191 19. Фотосинтез Связанный фврредоконн эо,а Нзо 02 протонныа градиент — + АТР Поток электронов при нециклическом фотофосфорилировании. Это истинный поток электрона от Н О к )с(А!УР с образованием ХАОРН. Рнс. 19.15. в митохондриях, И при фотифосфорилировинии, и при окислительном фосфорилиравании образование АХР запускиется протонодвижугцей силой. Кроме того, ферментный ансамбль, катализирующий образование АТР в хлоропластах, называемый калтлеьсо.м СГ,— Сро (где С обозначает хлоропласт. а à — фактор), очень сходен с митохондриальным комплексом Г,— Г„.
СГ, катализирует образование АТР из АОР и Р,. Он содержит пары пяти видов субъелиниц и имеет массу 325 кДа. СГ„, солержаший протонный канал, состоит из трех видов Чань П. Генерирование !92 и хранение энергии и о о о Ф х к з к о о 3 3 ок -~-0,4 о и о субъедиииц. Выпячивания на наружной поверхности мембраны тилакоидов прелставляют собою СГ,-компоненты этих АТР- спнтезир! юшпх комплексов. Перенос электрона через асимметрично ориентированные фотосистемы 1 и П создает большой протонный градиент через мембрану тилакоилов. Реакция среды в по.юсти тилакоидов стиновится выраженно кислой — ро приближается к 4. Индуцироваиный светом тринслсембранный протонный градиент составляет при.мерно 35 единицы рН.
Как обсуждалось ранее (разд. !4.5), протонодвижушая сила Ьр складывается из градиента рН и мембранного потенциала. В хлоропластах почти вся величина Ар созлается градиентом рН, тогда как в митохондриях более значителен вклад мембранного потенциала. Причина этого различия состоит в том, что мембрана тилакоидоа полносзью проннцаема для С! и Мд~'. Индуцируемый светом перенос Н в полость тилакоидов сопровождается или Свявемныи ферредо — 0,6 кспм Растворимый ферредоксин Сут бзьз Сут с +0,4 Е вотан Рис.
19.16. !9. Фотосинтез 193 3Е и $ о с й й Ь о 3 Ь с и с о х О Поток электронов при циклическом фотофосфорилировании. Поглощение фотона сопровождается переносом электронов с Р700, реакционного центра фотоснстемы 1, на связанный ферредоксип. Электроны возвращаются на Р700. переносом С) в том же направлении, или переносом Мй~ ' (одного на 2Н ) в противоположном направлении. Таким образом, при этом поддерживается электроиейтральность и не происходит генерирования мембранного потенциала. Протонодвижущая сила через мембрану тилакоидов, равная 0,2 В, эквивалентна примерно 4,8 акал на моль протонов. На одну молекулу синтсзирусмого АТР через комплекс СЕ'3--Сро протекает около трех протонов, что соответствует потреблению свободной энергии в количестве 14,4 ккал в рисчетс на моль АТР, Когда градиент рН меньше двух единиц, синтеза АТР не происходит, потому что при этом слишком мала движущая сила.
СГ3 находится на обращенной к строме поверхности мембраны тилакоидов, и, следовательно, синтезированный АТР высвобождается в полость стромы. Подобно этому высвобождается в полость стромы и МАОРИ, образованный фотосистемой 1. Таким образом, АТР и 73)АВРН, продукты световых рсакцид фотосинтеза, локализо- протонный ттьдиемт-э Атр вины таким образом, чтобы обеспечить оо- следующие темновыс реакции. в ходе ко- торых происходит прсвраьцснис СОз в угле- воды.
19.14. Исследование пути углерода с использованием импульсной радиоактивной метки В 1945 г. Мелвин Кальвин (Ме1У)п Са1У)п) н его сотрудники начали серию исследований, проливших свет на темновые реакции фотосинтеза. Они использовали в своей работе одноклеточную зеленую водоросль 03)огсИа, поскольку этот организм легко и с высокой воспроизводимостью культивируется. Позднее оказалось, что полученные ими результаты могут быть распространены на большое множество фотосинтезируюших организмов, от фотосинтезируюших бактерий до высших растений. Целью предпринятой ими работы было выяснение пути, обеспечивающего фиксацию СО, с образованием углевода.
Стратегия эксперимента состояла в том, чтобы, используя метку 34С, проследить превращения СОз. Радиоактивный '~СОз вводили в освещаемую суспензию водоросли, в которой протекал фотосинтез с использованием обычного СОз. По прошествии определенного времени водоросль убивали, вливая мвмврвнв Инкубвцик в течение нвскслькик чвоов | Быстрое ививненив ри внеенвв среды дооввление АПР и Р, Атр Рис. 19.17. Синтез АТР хлоропластами при наличии градиента рН. суспензию в спирт, что блокировало все ферментативные реакции. Радиоактивные соединения водоросли разделяли и идентифицировали методом двухмерной хроматографии на бумаге.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
