Osnovy_biokhimii_Uayt_tom_2 (1123310), страница 37
Текст из файла (страница 37)
!6.13. Обнсвя модель коонервтнвного действия двух центров фотохимических реакций в растительных хлоропластах. Стрезкн показывают нвправленне двньтеннн оотокв злектронов1 цифры в скобках — значения Е;. при условии наличия необходимых приспособлений. В реальном механизме используются четыре кванта света (-166000 кал), для того чтобы совершить этот процесс, который осуществляется при участии двух электронтранспортных систем, как это показано на рис. 16.13. 16.4.1. Перенос электронов при фотосинтезе ь'е 2Н О + 2 нинон — ь О, Ф 2 г11дрохннон С метгемоглобнном (ферригемоглобином) в качестве акцептора удалось показать, что на каждую выделенную молекулу Оз, восстанавливаются четыре молекулы метгемоглобина. Вместе с тем, когда водоросли, обладаюшне гидрогеназной активностью, обрабатывают гербицндом днхлорфенилдиметилмочевиной (ДХММ), 12' Одним нз первых вкладов в понимание природы транспорта электронов при Фотосинтезе послужило обнаружение так называемой реакции Хилла.
Оказалось, что при освешенни хлоропластов происходит восстановление искусственных акцепторов, таких, как хиноны, ферроцианид нли метгемоглобнн, что сопровождается выделением Оз и осуществляется без участия СО, или пириднннуклеотидов. Фактически наблюдение Хилла было одним из самых ранних указаний на то, что восстановление СОе не обязательно должно быть связано с механизмом выделения Оз. Суммарный процесс таков: нь мьтлаолизм 7!6 сисп1ема и 1000 сисвеми 1 р+ и 600 600 л — и' пласваииаиии яишенкам с 1реа)-цен вр цивакрам освт цивохмяи ьмч пласво кипени ппасвахвииы ,Г Л Ч' '.смс) „фоафсбоисии" Гн и 200 -йОО ИДОР флавопрснпеив .l~ феоревоисин -лоо - 600 [Геа)-цеивр они перестают выделять От на свету, но в присутствии Нт фиксируют СОт, откуда следует, что сам по себе этап выделения От необязателен для конечного химического процесса.
Теперь уже не вызывает сомнений, что фотосинтетический аппарат водорослей и хлоропластов всех высших растений действительно построен так„ как это схематически представлено на рис. 1б,1Э: Ог продуцируется, а )чА))Рь восстанавливается так, как это указано; синтез АТР совершается в сопряжении с этими согласованными переносами электронов, и система не утратила также своей древнейшей способности к осуществлению циклического фосфорилирования. Детали этой схемы в той форме, в какой они сейчас представляются, показаны на рис. 16.14. Ряс.
16.14. Ориентировочная схема переноса электронов в фотосннтетическай единице растений. Стрелки показывают направление потока влектронов; штриховые стрелки — путь алектрона во время циклического фасфорнлирования. гй$ — вещество, редуцярующее ферредокснн. Детали см. в тенете. 717 !б.
МЕТАБОЛИЗМ КГЗ!ЕВОДОВ. сП 16ИХ1.!. Фотоскитетические реакциоииые цеитры к хлоропластак Концепция двух различных реакционных центров впервые была сформулирована на основании того факта, что свет с длиной волны >700 нм более ие выступает в качестве движушего фактора фотосинтеза, в то время как свет при 700 и 680 нм, даваемый одновременно или поочередно, оказался значительно более эффективным, чем сумма результатов действия каждого из них в отдельности (эффект стимуляции). В пределах каждой фотосинтетической единицы имеется одна молекула хлорофилла а, который неотличим химически путем простых процедур извлечения, но который, будучи в своей естественной среде, может быть обесцвечеи светом с длиной волны 700 нм (максимум поглощения хлорофилла а находится при -683 нм) и тогда проявляется, судя по сигналу ЭПР, как свободный радикал.
Далее, эта молекула хлорофилла уникальнавтом отношении, что она не можетбыть превращена в феофитин путем продолжительной экспозиции на свету, а также не может быть окислена хлориридатом. Путем титрования феррипианндом показано, что для этого хлорофилла Е;=0,47 В. Этот «пигмент», обозначаемый как Ртео, и является фотореакционным центром системы 1. Особые свойства хлорофилла Ртбо определяются не отличиями его химической структуры от других молекул хлорофилла а, а тем фактом, что он располагается в непосредственной близости от специфических молекул (не хлорофилла а), которые, будучи фотоактивированными, служат в качестве доноров и акцепторов электрона. Были получены препараты, содержащие одну молекулу Ртбо на всего лишь 30 молекул хлорофилла а, но до сего времени не изолирован очищенный препарат, по своим свойствам аналогичный бактериальному центру фотореакции.
Комплекс 1, хлорофилл-а-белок (разд. 16.3.2), несомненно, является светособираюшей формой хлорофилла для этого реакционного центра. Еше нет возможности для описания фотоцентра системы П с помощью физических понятий. Предполагают, что комплекс П, включающий хлорофиллы а, Ь и белок, служит светособираюшим устройством в фотоцентре И„здесь, как и в центре 1, каротиноиды выполняют вспомогательную роль. Для выделения О, каким-то образом необходимо наличие марганецсодержашего белка и С!-. В настояшее время неизвестна ни природа хлорофилла, входящего в центр П, ни природа компонентов его непосредственного окружения.
1ВЛ.!ав Электрокпереиосап!ие цепи На рис. 16.14 суммированы современные представления об злектронпереносяших цепях фотосинтетического аппарата. Всеучаствующие молекулы либо прочно вмонтированы в тилакопдную 718 !Н.метаболизм мембрану, либо слабо с ней связаны. Только аденнн- и пиридпннуклеотиды растворены в жидкости стромы, обладая свободой связывания с теми ферментами, с которыми они реагируют, и соответственно свободой диссоцнации из этих соединений. Для удобства изложения эту систему электронного транспорта можно рассмотреть как построенную из четырех сегментов: тех, которые направлены к каждому из реакционных центров, и тех, которые ведут от него.
Система П. Наименее изученный аспект фотосинтеза — это выделение О,. Обычно приводимое значение Е' для этого четырех- электронного окисления НаО актнвированным хлорофиллом а на самом деле слагается из неодинаковых величин для каждой из четырех одноэлектронных стадий. Поскольку не было найдено интермедиатов, можно полагать, что две молекулы Н,О или два ОН вЂ” -иона связываются в реакционном центре и покидают его только как Оа аналогично тому, как этот происходит при восстановлении Ог цитохромоксидазой. Хлорофилл не обязательно непосредственно окисляет воду, но никакой иной агент не был обнаружен в качестве участника этого процесса.
На основании одного из исследований системы П, подвергнутой действию коротких лазерных вспышек, предположили, что непосредственным восстановителем Рйаа может служить цитохром Ьаад и что кислород выделяется в процессе восстановления цитохрома Ь559 Учитывая значения окислительно-восстановительных потенциалов цитохромов5, это предположение трудно принять. Нет уверенности и в отношении природы непосредственного акцептора электронов от хлорофилла в этом реакционном центре.
Полагают, что вещество, обозначаемое 9 1потому что оно вызывает гашение флуоресценции фотоактивного центра), располагается в непосредственной близости. Поскольку на это вещество влияет свет с длиной волны 550 нм, его также называют цитохрам саин хотя оно не относится к цитохромам. Последние данные свидетельствуют о том, что этот компонент может представлять собой прочно связанную молекулу пластохинона; зкспсриментальные значения Еа для этого акцептора варьируют от — 300 до — 125 мВ. Практически не вызывает сомнений, что этот акцептор может вновь окисляться хнноновым пулом, главным образом пластохиноном, хотя возможно существование промежуточного переносчика электронов.
Ряд наблюдений убедительно показывает, что образование ЛТР происходит в связи с общим процессом е е ОН вЂ” ~ СЫ вЂ” ~ пластохинон аа М Восстановление пластохинона блокируется ДХМУ1, который предотвращает также сопряженное образование ЛТР, ио не реакцию Хилла, т. е. фотосинтетическое восстановление феррицианида, со- ш. метаволпзм зтлеводов. гп Ка сна 1сн — сн=с — сн 1„ к К, Ка Ка л Рис. 1К15.
Структура некоторых хиноиов, найденных в хлоропластах. Строение убихинонов и иластохинонов показано выше; витамины К относятся к нафтохнноиам (гх. 51). пряженное с выделением Оа. Если синтез АТР происходит на этом отрезке общего процесса, то, по-видимому, можно было бы следу- ющим образом описать процесс в целом: КХММ ОН вЂ” '+ СН вЂ” '+ СЗ вЂ” ''+ х' — '~ иласшохии и А6Р А Р Р ~Ск11 а- Сисгемп П до Р ае. Электроны от системы П попадают в цепь, напоминающую митохондриальную, а именно от хинона к цитохрому Ь, от него к цитохрому с и затем к купропротеиду и терминальному акцептору.
Из пуча имеющихся пластохинонов основная масса может быть экстрагирована без повреждения системы. Повидимому, требуется по крайней мере по одной молекуле пластохинонов А и С. Этн молекулы находятся в равновесии с более крупными пулам~ хинонов, которые представлены на рис. 16.15. Восстановленный хпнон в свою очередь восстанавливает цитохром Ь-типа, а именно цитохром Ьаз,.
Последний, будучи восстановленным, также становится иактивированным» аналогично тому, как это происходит с митохондриальным цитохромом Ь. Активация может выражаться в появлении второй формы того же самого соединения; эта форма имеет слегка измененный спектр поглощения и прн титровании феррицианпдом — более высокий потенциал средней точки, нежели неактивпроваиная форма. По меньшей мере три различных вещества находятся па пути электрона от цитохрома Ь к окисленному хлорофиллу. Одно из !и.
метлволнзм них представлено высокопотенциальной формой железосеропротеида (Е~ =290 мВ), который прочно связан с мембраной и легко восстанавливается добавленными извне гидрохинонами. Полагают, что этот компонент располагается между цитохромами Ь и с, как в митохондриях.
Второй компонент — это цитохром с-типа с максимумом поглошення прп 552 нм; это вешество обязательно присутствует в фотосннтетических тканях и часто обозначается как цитохром 1. Восстановление этого цитохрома блокируется антнмицином А. В отличие от водорастворимого митохондриального цптохрома с цитохром сам гидрофобен и включен в качестве интегрального белка в фотосннтетическую мембрану. Наконец, в хлоропластах высших растений (но не у водорослей илн бактерий) имеется пластоцианнн (мол.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
