Д.Г. Кнорре, С.Д. Мызина - Биологическая химия (1128707), страница 91
Текст из файла (страница 91)
перенос электронов сопроволкдается возникновением т1лапсллембранного градиента концентрации протонов (совершением осмотпческой работы). Этот градиент, создающий разность химических и электрических иотепциааов, н является источником энергии дяя протекания эпдэргоппчсского процесса образования АТФ из АДФ и ортофосфата. Олпгомицпп-чувствительная АТФаэа согласно этой концепции является ферментом, способным использовать градиент концентрации протонов для обращения процесса гидролиза АТФ.
$.6. ВИОЭНЕРГЕТИЧЕСКЛЯ ЭФФЕКТИВНОСГЬ ОКИСЛЕНИЯ И'ЛЕВОДОВ И ЖИРНЫХ КИСЛОТ Теперь можно оценить окончательный вклад в биоэнергетику окисления одной молекулы глюкозы и одной молекулы жирной кислоты, например стеариновой СННэлСООН При окислительной деструкции глюкозы образуется две молекулы ацегилкофермента 1, т.е. создаегся 24 биоэнергетических эквивалента. В сочетании с теми 14, которые образуются в ходе превращения глюкозы в ацетилкофермент 1, аэробный гликолиз обеспечивает образование 38 макроэргнческнх связей иа одну молекулу глюкозы или 39 на один остаток глюкозы в составе гликогена или крахмала. Таким образом, аэробное окисление глюкозы с точки зрения биоэнергетики почти в 20 раз более эффективно, чем брожение.
При окислении стеарата в соответствии с уравнением (УП140) образуется 9 молекул ацетилкофермента Ь, что обеспечивает фосфорилирование 108 молекул АДФ. Кроме того, в соответствии с этим же уравнением для з = 8 образуется еще Нхб = 40 биоэнергетических эквивалентов эа счет окисления 0о()йг н 810 И. При окончательном подведении итога следует учесть, что на образование стеарилкофермента Ь расходуется одна молекула АТФ, в связи с чем полный биоэнергетический итог составляет 108 + 40 — 1 = 147 макроэргическнх связей.
Если для корректного сравнения этого итога с полученным для окисления гшокозы отнести полученную величину к шести углеродиым атомам вместо 18, то получится 49 эквивалентов, т.е. заметно больше, чем в случае глюкозы. Нмеппо с этим связано, что калорийность жиров в качестве продуктов питашля выше, чем углеводов. При стационарном функционировании цикла трикарбоновых кислот никакие главные компоненты цикла не расходуются.
Однако некоторые иэ пих необходимы для осуществления бпосинтетнческих процессов, например для синтеза некоторых аминокислот и нуклеотидов (см. гл. 9). В связи с этим необходимо наличие процесса, пополняющего количество участников цпклпл. Важнейшим процессом такого рода является карбоксилироваппе пирувата, проходящее по схеме йлО СНэСОСОО + СОэ + РРР-Ас(о (НШ. оо) ООС СНэ СО СОО + РР Ас(о + НР04 и каталнзируемое пируват карбоксилазой. В некоторых физиологических ситуациях деградация сложных органических молекул приводит, наоборот, к образованию компонентов цикла, как это уже было показано на примере окисления жирных кислот с нечетным числом углеродных атомов (э 8.3), приводящего к образованию сукцинилкофермента ь, поэтому необходимо и наличие противоположного процесса, приводящего к превращению компонентов цикла, играющих каталптпческую роль, в сгораемые компоненты. Одним из таких процессов является декарбокснлпрование оксалоацетата, катализируемое охсалоаиеплат дехайбохсиааэой и пршюдящее к образованию пирувата, далее поступакнцего в цикл трикарбоповых кислот в виде сяеигаеллого компонента ацетилкоферли нта 1: (НН.
оУ) 0ОС-0Н;00-С00 — - СО, + 0Нэб0С00 Нт-Снэ нз сн Й = СН -«е»ро»ааа а э 1гг с1с! + 1со-» с!с1» с!с1" + Охс -+ с1с1" + Кес1с с!с1' + Кес(; -+ с!с1+ Ох,' (т'111.58) 8.7. СВЕТОВЫЕ СТАДИИ ФОТОСИНТЕЗА. ФОТОСИ ПТЕТИ Ч ЕСКОЕ ФОСФОР ИЛ И РОВ А(1И Е В зеленых растениях все световые стадии фотосинтеза и часть темновых ста дий протекают в специальных органеллах — хлоропластех (рис. 102). Хлороплас ты имеют близко примыкающие друг к другу внешнюю и внутреннюю мембраны причем внутренняя мембрана является гладкой, т.е.
не содержит каких-либ впячиваний, аналогичных кристам митохондрий. Внутреннее содержимое хлоропласта состоит из строжм, в которой происходят некоторые темновые стади фотосинтеза, в том числе фиксация 00т, и специальных структур — ллилако идов которые представляют собой плоские, окруженные мембраной образова ния, внутренние полости которых соединены между собой. В мембрану тилакоидов вмонтированы все основные участники световых стадий фотосинтеза. Центральным событием фотосинтеза являетя поглощение кваслттлв видимого света, которое осуществляется специальным повселсестно распространеннылл в мире растений пигментом — ххорофихло.и (122): сн Слсз СН, сУ=~ й -' СНО- «аор»елее е' н(сн;1н-сн,сн,);сн; с=сн-сн, О-со ОСН Хлорофилл встречается у зеленых расте- Э ний в двух модификациях — а и 6, причем более распространен хлорофилл и.
Поглощающая свет часть молекулы представляет собой порфирнповую систему, координирующую пон магния. Остаток пропноповой кислоты зтерпфнцн рован спиртом фптолом, что вносит в структуру большой гндрофобпьп1 радикал, обеспечнвасощий взаимодействие с ллеллбраной тнлакоидов, Молекулы хлорофилла в хлоропластах Рис. 102. Схема строения хлоропласга: организованы в крупные агрегаты, содерс — енешн»я мембранж в — анутренная жащие кюхды й сотни молекул пигмента.
мембрана; э — стромк б — тнлакоид Это так называемые светособирающие системы, или антенны, которые обеспечивают эффективное поглощение и испол эование световой энергии. В соответствии с общим уравнением (У!11.2) на световом этапе фотосинтеза нроисходкт окисление молекул воды до От и восстановление 1»АОР' до (тАОР И. Для осуществления первого процесса необходимо создание сильного окислителя, для осуществления второго — сильного восстановителя.
И то, п другое осупсествляется в результате поглощенна кванта видимого светы хлорофиллом в двух разделенных фотохимических снстеллах, обозначаемых соответственно как фошосисшежм П и У. Молекулы хлорофилла содержат систему сопрюхенных связей, формируемых набором многоцентровых молекулярных орбпталей, половина нз которых в невозбужденном состоянии заполнена парами электропон, а вторая половина вакантна. Расстояние между вьшшей заполненной н низшей незаполненной орбиталями в шкале энергий пе очень велико и соответствует длине волны около 700 нм, несколько различной для фотоснстем 1 (700 пм) и 11 (080 нлл) в связи с различием в окружении поглощающих молекул. При поглощении света один электрон переходит на низшую незаполненную орбнталь.
В голсогенпом состоянии возбужденный хлорофилл возвращается в основное гостоялше с испусканием кванта света, т.е, в результате флуоресцешнш. В фотоснстемах 1 н !! этого пе происходит в результате присутствия рядолл с возбу;ндаемой молекулой двух вспомогательных пар окислитель/восстаповптоль.
Поскольку пх юслшческая природа не может считаться достоверно уст«понлепной, пнже опн будуг обозначаться для фотосистемы 1 как Ох>/Кес(л и Ох,'/Ксс1,', н для фотоснстомы 11 — как Охт/Ко<1» и Ох /Кес)т, Пара Охс/Кес1~ должна харюсторнзостться отрнцнтельпылл значением окислительно-восстановительного потенсснала с тем, чтобы ее компонент Ох, мог принять возбужденный электрон с образованном сильного восстановителя. При этом возбужденный хлорофилл должен тсревратпться в катссолс-радилсал, который, получив электрон от восстановленного компонента Кед,' пары Ох,'/Кед,', возвра- щаегся в исходное состояние и мелкот принимать следующий квант света.
Молекула хлорофилла вллесте с двулля указанными парами образуег реакционный центр фотосистемы 1. Роль большого числа других молекул хлорофилла, связанных с хлорофиллом реакционного контра в од~ил кснштор, состоит н собирании квантов света, которые бгзызлучсстсльпшсл| путем подаются па хлорофилл реакционного центра, т.е.
играют ро.сь антенны. Сказсшпоо монспо записать в ниде следующей фотофпзпчоскссй (т.е. пе копк(тепшпруюшой природу часспщ) схемы: где сЫ, сЫ» и с01' — молекулы хлорофилла н основном. исоктроппо-нозбухсдепном и катион-радикальном состояниях. Позврапнчшс н исходное состояние частицы Кес(л пронсходсст в результате передачи ою элоктросш следующему переносчику или 1»АОР', прнчелл для восстановления одной молекулы КАОР' пеобходслмо последовательное поглощспне двух кнаптов света. В фотосистеме !1 за возбуждением молекулы хлорофилла следует передача электрона некоторой частице Ох.,', в результате чего образуегсн катион-радикал хлорофилла. Оп принимает электрон от компонента Кеда пары Охт/Кедж облада- с)<1 + Ии-в с!<1* с!<1в + Ох„' -г с!г!' + !!еЬ.' с!<1' + Кеб -л с!<1 + Охи ()г Ш.5 Возвращение частицы Ох в исходное состолнне Ией) происходит в результа передачи электрона от молекулы воды. В приведенном виде схемы (УП!.58) н (РАП,59) не являются полными, поскольку в исходное состоягше долм<иы вернуться та<же чьст<щы Ох и Иеб .
Это г 2' осуществлнется переносом электрона от Иес); к Ох,', т.е. путем передачи электрона от фотосистемы П к фотосистеме 1, При этом ца каждую нару перенесенных электронов приходится один акт фосфорилнрования ЛДФ. Сведения о химической нрироде компонентов, осуществляющих описанные процессы, как и в случае системы окнсл<ггелыюго фосфорнлнровагшя, ке явлгг<от.— ся полными. Ниже будут перечислены основные вы<более достоверно установленные и обстоятельно изученные компоненты, В реакционном центр< фотоснстемы П присутствуют ионы марганца, принимающие непосредственное участие в окнслешш воды и, вероятно, выступающие в роли пары Охи/Ие<) г, Гглигиайшнм акцентором элсчстронои, гснерггруемых фотосистемой П, является иласгиохииоя ()23) — близкий структурнь<й аналог убихнпонв, существующий в окисленной хннокдной и восстиновленной пгдрохнкоидной формах (и = б —.' !0): СН 1.
! СНз СНэ (СНэ СН С СНз!в Н Далее в цепи переноса электропои от фотоснстел<ы ! ! к фотоснстсме ! яр<гномы участие два цитохрома 6ыгг (или 6а) и ссз (нли )'). Саге<<у<о<<игл< комнонсчгтом цен является медьсодермсащнй белок ггг<а<гггочиаг<иг<, от которого электрон поступает реакционный центр фотоснстел<ы 1. !(омнлекс, образованный кластохнпоном цитохромами Ал,в и смз и пластоцнаннпом, но-ищнл<ол<у, нилястся блнзкнлг аца логом комплекса 1П в цепи переноса электронов в лштохондрнях. При нрохожд нии через него пары электронов создается градиент концентрации нротоно через мембрану тилакоидов, нан)гавлекный внутрь мембраны, — РИ внутри тнла коида может достигать значений 4 и пегие. Этот градиент используется имонти рованной в мембрану тилакондов АТФазой, аналогичной ли<тохондрналыюй обычно обозначаемой как СРо — СГ<, где символ С относит ее к хлоронласта (с6)егор!аале), а Ро и Рг обозначают связанную с мембраной гндрофобнуго и 354 ющей высоким положительным значением окислительно-восстановительного потенциала, в результате чего образуется сильный окислитель-Охь Этот окислитель принимает участие в окислении молекулы иоды до Оь Схел<у событий, протекающих в реакционном центре фотоснстемы П, можно записать в виде С у) Су< и РО РС ~ лгх(/йиЬ, ' О !Ох!/йиЬ, 1 — ~ 1 1лгхг/йиЬ<1 $ О) Ох,/йиЬ, и<О РЬх г — -Р-+) < г Рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
