Osnovy_biokhimii_Uayt_tom_2 (1123310), страница 35
Текст из файла (страница 35)
не показаны ионы магния, заместители у хлорофильных колен и пепи фнтола, за исключением первого хлорофилла. Объект рассматривается вдоль оси третьего порядка, которая параллельна к наружной поверхности молекулы. 1Любезно предоставлено профессором В. М. Маньены.) ную группу СНз — СΠ—; кроме того, двойная связь между угле- родными атомамн 3 и 4 восстановлена, в результате чего максимум поглощения сдвинут почти иа 100 нм в красную область. Все семь бактериохлорофилл-кольцевык систем заключены в полый цилиндр, сформированный примерно 15 антипараллельными нитями полипептндов, образующих р-структуру типа складчатого слоя (рис.
16.91. Истинная роль этого белка еще не установлена, но иа !е. метлволизм х1леводов. и! этом примере видно, каким образом хлорофилл может располагаться в белке. Семь молекул бактериохлорофнлла, каждая пз которых находится на расстоянии -1,2 нм от двух других, могут беспрепятственно участвовать в экситонном переносе энергии. Хлорофилл-белковый комплекс из Сй(огоЫипт растворим в воде. Аналогичные комплексы из высших растений (крайне гидрофобные внтегральные компоненты мембраны) могут быть извлечены только путем экстракцни концентрированными растворами детергентов. Подобно многим другим мембраносвязаниым белкам, они характеризуются высоким содержанием остатков гидрофобпых аминокислот; фитольные цепи хлорофилла, длина которых составляет 2 им, вероятно, располагаются на наружной поверхности комплекса и вписаны в структуру мембраны.
16.З.2.2. Доаониитеаьяые пигмеитв Фотоактивация хлорофилла а представляет собой фотохимический акт фотосинтеза. Хлорофпльные растворы кажутся зеленымп потому, что хлорофилл а поглощает свет в областях 400 — -450 и 640 — 680 нм, но в области 450 -640 нм практически прозрачен. При интенсивном освешеннп это обстоятельство не может иметь каких-либо фвзиологических последствий. Но при слабом освещении, когда метаболизм растения лпмптнруется скоростью подачи световой энергии, растение не было бы в состоянии использовать для своей пользы большую часть энергии падаюшего сне~а, а именно в интервале 450 — 640 им, сели бы единственным фупкционируюшпм пигментом был хлорофилл а.
Однако в действительности дело обстоит не так. Неэффективность хлорофилла а как абсорбента света в особенности очевидна у погруженных водных растений. Поглошение длпнноволнового света возрастает с увеличением глубины; более 99ей света с длинами волн, большими чем 600 нм, поглошается в всргпкм слое (до толщины — !О и). Проблема, связанная с недостатком света, неодинаковыми способамн разрешена у различных растений.
У диатомовых водорослей, бурых водорослей и динофлягеллят главные светопоглошаюгцие пигменты представлены хлорофиллом с и каротпнопдом (гл. 3) перпдинином. (Углеродные и водородные атомы не обозначены, а метильные группы в углеводородной цепи показаны как точки ветвления,) НЗС СНЗ О Г-с ~) НС вЂ” С вЂ” О Н Н перидииии пь метлволизы Динофлягелляты, такие, как бопраи1ах ро1уеага (организм, прнсутстввем которого объясняются «красные приливы»),содержатбелок (мол, масса 32000), с которым связаны четыре молекулы меридиппна и одна молекула хлорофилла а.
Комплекс поглощает в широкой области 400 — 550 нм, компенсируя таким образом недостаток хлорофилла а. Этот растворимый в воде белок прилегает к наружной поверхности мембраны хроматофора, где происходит фотосинтез. Такую же роль выполняет другая группа пигментов, структурно родственных желчным пигментам (гл. 34), у красных и синезелеиых водорослей. Эти пигменты локализуются в фикобилисо- чах — организованных тельцах, имевших размер — 32Х48 нм и уплошенную поверхность; фикобнлисомы располагаются на обращенной в строму стороне тилакоида или фотосиитезирующей ламеллы. Одна фнкобилисома приходится на 2000 молекул хлорофилла. Фнкобилисомы построены из разного рода фикобилинпротендов; главные среди них — фикоэритрин, фикоцианин и аллофикоиианин.
СООН СООН ! ! С С«НД Н»С СН» СН» СН» НЗС Н Н Н Н <ри»«зри~пробники Каждый из этих белков состоит из двух субъединиц: а (мол. масса 10000 — 20000) н 6 (мол. масса !4000 — 30000), причем точные размеры зависят от вида организма. Наиболее распространенная форма сборки — (аб)з или (пр)м Каждан субъединица несет три молекулы своего пигмента. Так, фикозрнтрнн (п«8«у) содержит 36 молекул фикоэрптробилина, связанных с а- и (1-единицами, и две молекулы фикоуробилнна, связанных с единственной у-субъедипицей.
Пигменты представляют собой тетрапирролы с открытой цепью, ковалентно связанные с белком. В качестве примера укажем, что у некоторых красных водорослей соотношение пигментных белков, содержащих фикозритрин, фнкоцнанин и аллофпкоцпанин, состанляет 84, 11 и 5% соответственно. На основании физических данных предложена модель строения фикобилнсомы (рис. 16.10). 1б. МЕТАБОЛИЗМ УГЛЕВОДОВ. П! 707 рис. 16.10. Предполагаемая структура фикобилнсомы красной водоросли Рогрйугм(ил1 сгиел(иаь Аллофииоцнаниновая сердцевина (светлые точки) касается подстилающей фотосинтетической мембраны.
и-фикоцианнн (темные точки) прилегает к сердцевине и окружен фикозритрином, лежащим на наружной поверхности (поверхность, обращенная к строме). Сердцевина в корме не могла быть видима, как зто представлено на втой срезанной модели, и должна была быть покрыта и-фикоцианяном н фиковрнтрином. (оал(1 Е., 1.1рзйииа С. А., л1ялзйаз В., В(о. с(1ещ. Вюрйув. Ас1а, 430, 385, 1976.1 Таблица 1б.з Последовательность переноса энергии в фивобнлнсоме Фнко- П-сало- Аллоалогитяин еиляи» коцнонля хлогобллл о Максимум поглощения, нм 545 551.
618 650 670 Максимум флуоресценцнн, нм 575 676 660 665 16.3.3. Фотохимический акт Менее 1б(! всех имеющихся в хлоропласте молекул хлорофилла непосредственно участвуют в процессе преобразования энергии поглощенных фотонов в химическую энергию. Этот акт совершает- Как показано в табл. 16.3, перенос энергии от наружного компонента структуры фикобилисомы к внутренному компоненту н затем к хлорофиллу а согласуется с электронными свойствамн этих молекул. Рис. !6.11 показывает, каким образом благодаря таким системам становится возможным использование разным областей электромагнитного спектра для фотосинтеза у трех типов фотосинтезнрующнх организмов.
Вп мнтлволыэм 2О 0 700 области снанмри зеленая араюневар красная синяя Длина волны,нм доо Ю о 200 Рис. 16.!1. Усиление поглощения света дополнительными пигментами фотосннтезирущщих клеток. а — спектр поглощения хлорофиллов а н Ь, растворенных в этилозон эфире !взято с изменениями из работы [Яе!!лег Н. Н., МсЕ)гор 9Г. 1!.. 146Ы: РЬуз|са! апд В!0106!са! Асйоп, Аседера!с Ргезэ, 1пс., Хетт УогЬ, 1965, р.
22о! ! б— возросшая доступность энергии для фотосинтеза, связанная с поглощением света дополннтельиымн пигментами в областях спектра, где хлорофилл относительно сильно пропускает (взято из работы [С!ау!оп 1!. К., Мо!есп1аг РЬуз!св 1п РЬо!озуп!Ьеюз. В!ащде1! РпЫ!зЫг16 Сощрапу, Хет уог10 !966]). 1 ВО ъ н 360 й 140 ~ !20 са 100 Е 80 Б 60 6 40 400 600 810 1 000 1200 !400 длина нанни,нм тсз !6, метхаолизм угляаодоа. ш ся в реакционном центре, описанном ниже. Остальной хлорофилл, находящийся главным образом в хлорофилл-белковых комплексах, и разнообразные дополнительные пигменты (в основном каротиноиды у высших растений) образуют светоулавливающую систему, которая используется хлорофиллом реакционного центра. Энергия фотонов, которые могут поглощаться всюду в комплексе, состоящем нз 100 — 250 различных пигментных молекул, быстро передается на специальный хлорофилл реакционного центра с эффективностью -90%, тем самым позволяя фотосннтетической единице функционировать эффективно даже при слабом освещении, т.
е. при освещения, составляющем 0,17а светового потока в полдень в ясную погоду. Столь высокая эффективность убедительно свидетельствует о высокой упорядоченности (почти кристаллической укладке) единицы в целом. Отсюда следует, что специфический, принимающий эту энергию хлорофилл должен быть энергетической ловушкой; главный максимум в его спектре должен находиться в более длинноволновой области, чем максимумы других компонентов системы. Так и есть в действительности. Толщина фотосинтетической единицы не может превышать нескольких молекул пигмента; слой хлорофилла из 10 молекул практически уже непроницаем для света в области его поглощения.
На полном солнечном свету скорость фотосинтеза определяется временем оборота последующего, лимитирующего скорость химического акта; оно составляет -0,6 мс между насыщающими вспышками, т.е. 1500 вспышек в 1 с может приходиться на реакционный центр. Только при очень слабом освещении скорость фотосинтеза линейно пропорциональна интенсивности света. Специфическая роль хлорофилла а в реакционном центре заключается в том, чтобы осуществлять фотохимическое разделение окислптельных и восстановительных эквивалентов. Такой механизм схематически можно представить следующим образом: где Л вЂ” потенциальный акцептор электронов и  — потенциальный донор электронов, расположенные по разные стороны молекулы хлорофилла (СЫ); СЫ* — фотоактивированная форма СЫ; А — восстановленная форма Л; В' — окисленная форма В.
Простейший механизм для решения такой задачи заключается в выбросе электрона с фотоактпвированного хлорофилла с образованием свободнорадпкальной формы хлорофилла СЫ. Акцептор Л акцептирует электрон, как только к радикалу хлорофилла с другой его стороны возвращается электрон от В. Напомним, что захват фотона прн 675 пм может позволить разделение заряда А— и!. метАБОлизм 710 н Во до разности потенциалов порядка 1800 МВ, если процесс был бы эффективен на 100%. Ао А» А л сы сы" сш. сйо но на но в+ (2) По всей вероятности, бесполезной последующей обратной реакции между Л и В+ не происходит в связи с барьером хлорофилла, который возвратился в свое основное состояние. Участие свободного радикала хлорофилла подтверждается наблюдениями характерного сигнала в спектрах ЭПР.
В дальнейшем будем считать, что уравнение (2) представляет собой удовлетворительную модель действия первичного механизма. Не вызывает сомнений, что реакция (2) не может быть повторена до тех пор, пока А вновь не подвергнется окислению, а В' вновь не будет восстановлен. В тилакоидной мембране н бактериальных хроматофорах это достигается благодаря существованию организованной электронтранспортной системы, напоминающей такую систему внутренней мембраны митохондрий; переносчики электронов в этой системе располагаются таким образом, что при прохождении потока электронов становится возможным синтез АТР.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
