Biokhimia_T2_Strayer_L_1984 (1123303), страница 52
Текст из файла (страница 52)
Бумажные хромат.ограммы помещали затем под пресс вместе с фотопленкой, которая чернела в тех местах, где на бумаге находилось радиоактивное пятно. В своей Нобелевской лекции Кальвин отметил, что нх первоначальные данные относились кк количеству„ положению и интенсивности обусловленных радиоактивностью почерневших участков. К сожалению, бумага сама не печатает названия этих соединений, и в тече- Часть И.
Генерирование 194 в хранение энергии ние последующих лесяти лет наше основное занятие состояло в том, чтобы правильно определить природу соелинений на этих по- черневших участках пленкив. 19.15. СОт реат ирует с рибулозобисфосфатом с образованием двух фвсфоглицератов Радиохроматограмма, получаемая после 60 с освещения, оказалась настолько сложной (рис.
19.19), что на ней невозможно было отличить самый ранний промежуточный пролукт в процессе фиксации СО . Однако после освещения в течение всего лишь 5 с картина была значительно проще; на хромато~рамме присутствовало только олно явное радиоактивное пятно, которое оказалось 3-фтэсфоглицерато и. Образование 3-фосфоглицерата в качестве первого обнаруживаемого радиоактивного промежуточного продукта наволило на мысль, что акцептором СОт служит лвухуглеродное соединение.
Оказалось, что это не так. Действительная последовательность реакций гораздо сложнее: СО, Н,О Са Са ~з + 3 1000 А Рис. 19.18. Электронная микрофотография мембран тилакоидов шпината, полученная методом замораживания — скалывания. Видна правильная решетка трансмембранных частиц. (Печатается с любезного разрешения л-ра Кеппег)т М)!1ег.) СН ОРО н 4-он СОО н,о Рнбулоео-э,б-бнефоофет Промежуточное дее молекулы лерекодное соединение Зфоефотлннерете э.фоофотлн дерет Ф 195 19. Фотосинтез ~э. Молекула СО, конденсируется с рибулоэо-1,5-бисднфосфатом с образованием короткоживушего шестнуглеродного соединения, которое быстро гндролизуется до двух молекул 3-фосфоглицерата.
Суммарная реакция носит высокоэкзергонический характер (ЛОо = 12,4 ккал!моль). СНеОРОе 0 СНеОРОет 0 С О Р~ — С-ОН ! С + 1 0' 1 0 Реакция катализируется рибулоэо-15-бисфосфат — кирбакгилаэой, которая локачизована на обращенной к строме поверхности мембран тилакоидов. Этим ферментом очень богаты хлоропласты; на его долю приходится более 16;: обшего содержания в них белка. Рибулозо-1,5-бисфосфат — карбоксилаза, вероятно, является белком, содержащимся в биосфере в наибольшем количестве. Он состоит из восьми больших (55 кДа) н восьми малых (15 кДа) субъелиннц, расположенных в виде двух слоев (рис.
19.20). Большие субъединицы катали- тически активны и в отсутствие малых субъединиц, которые выполняют регуляторную роль. Фермент является в одно н то же время и оксигеназой (разд. 19.20), н карбокснлазой. 19.16. Образование фрунтозо.б-фосфата н регенернрование рибулозо-!,5-бнсфосфата Этапы превращения 3-фосфоглицерата во фруктозо-6-фосфат (рис. 19.21) подобны таковым в пути глюконеогенеза (разд. 15.13) с той лишь разницей, что глицеральдег.ид-3- фосфат — дегидрогеназа хлоропластов специфична в отношении )ч(А)3РН, а не ХА(3Н. В результате этих реакций СО, переходит на уровень гексозы. Остается лишь регенерировать рибулозобисфосфат, акцептор СО, на первой темновой стадии. Проблема сводится к образованию пятиуглеродного сахара из шестиуглеродного и трехуглеродного сахаров.
Оно осуществляется в ходе реакций, катализируемых тлранскетлолазай н альдолаэай. Транскетолаэа участвует также в преврашеннях по пентозофосфатному пути (разд. 15.4). Напомним, что транскетолаза, фермент, использующий в качестве Рнс. 19.19. Раднохроматограммы освешенных суспензий водоросли через 5 и 60 с после введения в систему СО,. (Печатается с любезного разрешения д-ра 3. А. Ваяя)тат.) Рис. 19.20. Схематическое изображение сгруктуры рибулозо-1,5-бисфосфат — карбоксилазы. (Печатается с любезного разрешения д-ра (лау1о Е1зепЬегя.) простегической группы тиаминпирофосфат, переносит двухуглеродный фрагмент (СН,ОН=-СО- — ) с кетозы на альдозу. Альдолаза осуществляет альдольную конденсацию межлу дигидроксиацетонфосфатом и альдегидом.
Фермент зтот высокоспецифичен для дигидроксиацетонфосфата, но реагирует с множеством альдегидов. К специфическим реакциям, катализируемым транскетолазой и альдолазой в цикле Кальвина, относятся следующие: Фруктозо-6-фосфат + Глнцеральдегид-3 фосфат ™осел=ь Ксилулолозо-5-фосфат + Зритрозо-4-фосфат. Эритрозо-4-фосфат + Дигидроксиацетон- фосфат ~'"-- Седогептулозо-1,7-бисфос фат.
Седогептулозо-7-фосфат + Глицеральде зо-7-фосфата. Второй, 4осфопепгпозо-эпимерази, превращает ксилулозо-5-фосфат в рибулозо-5-фосфат. Третий, фасфопепгпазо-изомераза, превращает рибозо-5-фосфат в рибулозо-5-фосфат. Напомним, что второй и третий ферменты участвуют также в превращениях по пентозофосфатному пути (разд. 15.4).
Суммируя вышеуказанные реакции, получаем Фруктозо-6-фосфат + 2-глицеральдегид-3- фосфат -Ь Дигилроксипцетонфосфат 3 Рибулозо-5-фосфат. Наконец, четвертый фермент, фосфорибу юзокииаза, катализирует фосфорилирование рибулозо-5-фосфата с регенерированием рибулозо-1,5-бисфосфата, акцептора СО,. Рибулозо-5-фосфат + АТР— Рибулозо-1,5-бисфосфат + А1)Р + Н'. Эта группа реакций носит название никла Кальвина (рис. 19.22). Эруктопз б-фоофвт Фруктозо.1,6-био фас фвт Гпицврвпьдвгид. дигидрокои- З.фоофвт вцвтоифосфпт МАОР гид-3-фосфат — '"" — "-'-" — ' Рибозо-5-фос фат + Ксилулозо-5-фосфат. Для темповых реакций фотосинтеза требуются четыре дополнительных фермента Один из них, фос(багпаза, гндролизует седо гептулозо-1,7-бнсфосфат ло селогептуло- Часть П.
Генерирование 196 и хранение энергии 1,3 биефеофо гпицврвт АОР АТР 3. фоофогпицврвт Рнс. 19.21. Путь превращения 3-фосфоглнцерата во фруктозо-6-фосфат в хлоропластах. П 3 фосфогпицервт з,з.оиофосфогпицерат Рибупозо. т,ввисфосфат 2 напри 2 2 (Атр) Гпицерапьдвгид.
3 фосфвт ..- ''' Ф~ трвнскетопвза, апьдопвзв и другив ферменты Ривупозо.ьфосфат Рис. 19.22. 19. Фотосинтез 197 Пики Кальвина. Детальный путь образования рибулозо-5- фосфата из трехуглеродных и шестиуглеродных сахаров иа этой схеме не показан. 19.17. Три АТР и двя ХА(3РН доводят СО до уровня гексозы Каков расход энергии для синтеза гексозы? Требуется шесть оборотов цикла Кальвина, поскольку в каждом из них восстанавливается один атом углерода (рис.
!9.22). 12 АТР расходуются на фосфорилирование 12 молекул 3-фосфоглицерата в 1,3-бисфосфоглицерат и 12 ХА(ЗРН потребляются при восстановлении 12 молекул 1,3-бнсфосфоглицерата в глицеральдегид-3-фосфат. Еше шесть АТР расходуется на регенерирование рибулозо-1,5-бнсфосфата. Теперь напишем уравнение равновесия для суммарной реакции цикла Кальвина: 6СОз + 18АТР + 12ХАРРН + + 12НзО ь СьН,зОв + 18АВР + + 18Р; + 12ХАОР+ + 6Н" . Таким образом, при превращении СО, в гексозу (глюкозу или фруктозу) потребляются три молекулы АТР и две молекулы ХАВРН. Эффективность фотосинтеза может быть измерена следующим образом: 1. А6' для восстановления СО, до уров- ня гексозы составляет 114 ккал!моль.
2. При восстановлении МАРР+ происходит перенос двух электронов. Следовательно, образование двух ХАОРН требует засасывания фотосистемой 1 четырех фотонов. Электроны, отдаваемые фотосистемой 1, восполняются фотоснстемой П, которая должна поглотить эквивалентное количество протонов. Значит, для генерирования требуемого ХАВРН необходимы восемь фотонов. Одновременно образуются три молекулы АТР, которые нужны для превращения СО, в гексозу.
3. Содержание энергии в моле фотонов с длиной волны 600 нм равно 47,6 ккал, и, следовательно, приток энергии от восьми молей фотонов составит 381 ккал. Таким образом, общая эффективность фотосинтеза при стандартных условиях составляет минимум 114(381, или 3(Уу,'. 19.18. Регуляции цикла Кальвина Существует ряд регуляторных механизмов, обеспечивающих функционирование цикла Кальвина лишь при условии образования АТР и ХА(ЗРН в ходе световых реакций фотосинтеза.
Стадией, лимитирующей скорость, в цикле Кальвина является карбоксилирование рибулозо-1,5-бисфосфата с образованием двух молекул З-фосфоглицерата. Активность рибулаза-1 5-бисфасфат — карбаксилазы значительно увеличивается при Мелофилииа» клетка Воэдук со — + Рнс, 1923. Схема< ическое изображение основных щапов Се-пути. освещении; эгпп увеличение огуще<тпвляе<пся птремя пуп<ями: !. )У)А)ЗРН, образуемый фотосистемой 1, служит аллосгерическим активатором карбоксилазы. 2. Скорость ферментативной реакции значительно возрастает прн повышении РН с 7 до 9.
Индуцируемое светом закисление полости тилакоида приводит к зашелачиванню стромы, которое активирует карбоксилазу. 3, Карбоксилаза активируется Мй". Напомним, что Мй" высвобождается в строму при засасывании протонов в полость тилакоидов под действием освещения (разд. ! 9. 13). 19.19. У тропических растений функционирует С„-путь, ускоряющий фотосинтез путем концентрировании СО, У тропических растений, таких, как сахарный тростник, имеется дополнительный путь транспорта СО, к месту локализации цикла Кальвина в фотосинтезнруюших клетках. Источником первых сведений о существовании этого пути явились исследования, показавшие, что радиоактивность импульсной метки '4СО, первоначально появляется в чегырехуглеродных соединениях малаге и аспартате, а не в 3-фосфоглицерате.
Смысл данного пути, раскрытого Хэчем и Слзком (М.О. Нагой а С. к. $1ас)<), состоит в том, что С -соединения переносят СО о<п меэофильпых клеток, соприкасающихся с воздухом, к клетпкам обкладки сосудистого пучка, которые слулса<п основным местом локализации фотосинтеза (рис. !9.23). Декарбоксилирование С,-соединения в клетках обклапки сосулистого пучка поддержи- Часть П. Генерирование 198 и хранение энергии Клетка обкладки сосудистого лучка вает высокую концентрацию СО, в месте локализации никла Кальвина. Образовавшееся трехуглероднос соединение возвращается в мезофильную клетку для слелующего цикла карбоксилирования. Этот Се-путь (рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
