И.П. Ермаков - Физиология растений (1134204), страница 57
Текст из файла (страница 57)
Пластидные и цитозольные изоформы кодируются разными ядерными генами. 232 В гетеротрофных тканях корня оПФЦ в пластидах протекает достаточно активно, но функционирование оПФЦ в хлоропластах вызывает много вопросов. Дело в том, что на свету в хлоропластах действует цикл Кальвина, многие ферменты которого (фосфатазы, транскетолазы, альдолаза, триозофосфатизомераза) являются также ферментами оПФЦ.
Поэтому полагают, что в хлоропластах оПФЦ действует только в темноте. «Выключение» цикла на свету связано с механизмом регуляции пластидной изоформы глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы. Как уже говорилось, активность ферментов может измениться в результате их обратимого фосфорилирования. Еще один распространенный способ регуляции — это окисление или восстановление фермента по особой, регуляторной дисульфидной связи. На свету глюкозо-6-фосфатдегидрогеназа переходит в неактивное состояние в результате восстановления по дисульфидиой связи ( — Б — Б — — — ЯННΠ— ), тогда как в темноте происходит спонтанное окисление фермента.
Полагают, что в восстановлении участвует ферредоксин или тиоредоксин, восстановленные в ходе фотосинтеза. Основная функция оПФЦ вЂ” это генерация НАДФН, который требуется во многих биосинтезах, а также синтез углеводов с разным числом углеродных атомов. Образующиеся в цикле 5С- и 4С-углеводы активно уходят из цикла, так как необходимы для синтеза нуклеотидов, ароматических соединений, витаминов, флавоноидов, полисахаридов клеточной стенки и т. д, ЗС- и 6С-сахара также могут покидать цикл и включаться в процесс гликолиза, который протекает в тех же компартментах.
С учетом этого функционирование полного и замкнутого оПФЦ в иио как в цитозоле, так и в хлоропласте представляется маловероятным. 4.2. ЭЛЕКТРОННЫЙ ТРАНСПОРТ И СИНТЕЗ АТФ В МИТОХОНДРИЯХ РАСТЕНИЙ 4.2.1. ЭЛЕКТРОН-ТРАНСПОРТНАЯ ЦЕПЬ ДЪ|ХАНИЯ. ПЕРЕНОС ЭЛЕКТРОНА ОТ НАДН НА КИСЛОРОД В предыдущем разделе были рассмотрены окислительные превращения глюкозы в биохимических реакциях, в результате которых образуются небольшое количество АТФ и восстановительные эквиваленты в виде НАДН и ФАДНь Заключительный этап дыхания связан с трансформацией энергии на сопрягающей мембране и синтезом основной массы АТФ. Образованные в ЦТК НАДН и ФАДН1 окисляются в ЭТЦ дыхания, локализованной во внутренней мембране митохондрий. Окисление сопровождается транспортом 2е по цепи переносчиков на Оь который восстанавливается до воды. Переносчиками электронов (кроме убихинона) в дыхательной цепи служат белки, содержащие простетические группы.
Это флавопротеиды, в составе которых есть ФМН или ФАД, цитохромы и железосерные белки (см. подразд. 2.2). Способность этих соединений отдавать или принимать электроны может быть охарактеризована через стандартный редокс-потенциал Е". В дыхательной цепи перенос электрона от НАДН (Е" = -0,32) на О, (Е" =+0,82) идет через цепь переносчиков по градиенту, т. е. от соединений с более отрицательным к соединениям с более положительным редокс-потенциалом (рис. 4.13). Последовательность располо- 233 е", в -о,з Сукцинат а,о +о,з Рис.
4.13. Схематичное расположение основных компонентов электрон-транспортной цепи дыхания в соответствии со значениями редокс-потенциала т2 жения в цепи переносчиков впервые была определена в начале 50-х гг. ХХ в. Б. Чансом. Дело в том, что многие компоненты дыхательной цепи имеют разные спектры поглощения в окисленном и восстановленном состояниях. При использовании высокочувствительной спектрофотометрии удалось определить их переходы из окисленного в восстановленное состояние и обратно во времени. Обнаружение ингибиторов, избирательно блокирующих электронный транспорт на разных участках, оказалось чрезвычайно полезным в этих исследованиях.
В митохондриальной мембране ЭТЦ организована сложным образом. В составе основной цепи, т.е. общей для животных, растений и грибов, есть четыре трансмембранных белковых комплекса (! — 1Ъ) и АТФ-синтаза (комплекс У) Махир«бра««о« ирОстраиатио «Н нхдн нхдФн Т Т Т Т КСН Ори«и«иаир со Рис. 4.14. Электрон-транспортная цепь внутренней мембраны растительных м итохо ! шрий. В состав основной цепи, общей для митохондрий животных и растении, входят комплексы !в 1Ч, связь между которыми осуществляют подвижные переносчики злектронов — убихинон (О) я цнтохром с.
Для каждого комплекса известен специфический ингибитор: ротенон, антимицин А, КОЧ и СО. Комплексы 1, Ш и 1Ч работают как протонные помпы: стрелками указана транслокация Н из матрикса в межмембранное пространство. Энергия Ьрн обеспечивает работу АТФ- синтазы, катализируюшей синтез АТФ из АДФ и Ф„. Дыхательная цепь растений дополнительно содержит четыре ротеноннечувствительные НАД(Ф)Н-дегидрогеназы и альтернативную оксилазу (АО). НАЕЦФ)Н-дегидрогеназы расположены на внешней (ДГ,„) и внутренней (ДГ ) сторояах мембраны.
Альтернативная оксидаза является второй терминальной оксидазой растений и восстанавливает Оздо волы в обход комплексов Ш и !У. Специфическим ингибитором альтернатввной оксидазы является салицилпшроксамовая кислота (ВНАМ). ! — комплекс 1: НАДН- дегидрогеназа; П вЂ” комплекс П: сукцинатдегилрогеназа; Ш вЂ” комплекс Ш: цитохром Ьснком- плекс; 1М вЂ” комплекс Гаг, цитохромоксидаза (см. рис. 4.13, 4.!4). Каждый из комплексов состоит из многих субъединиц белка, часть которых кодируется митохондриальной ДНК, а часть ядерным геномом.
Переносчики электронов входят в состав комплексов: их простетические группы, или редокс-центры, формируют пути переноса электрона. Связь между комплексами осугцествляют подвижные переносчики: убихинон и цитохром с. Участники транспорта могут функционировать как двухэлектронные (флааопротеиды и убихинон) и одноэлектронные (цитохромы и Ге-Б-белки) переносчики.
Обшая схема работы основной дыхательной цепи (далее ДЦ) такова (рис. 4. 14). Образованный в матриксе в ходе ЦТК НАДН окисляется на комплексе 1, который представляет собой ОАДН-дегидроггмазу. Окисление НАДН сопровождается переносом 2е на убихинон или просто хинон (Π— от англ. 4)и!пол). Как было показано в гл. 2 «Биоэнергетика», для полного восстановления Я необходимо два атома водорода.
Поэтому, принимая 2е, убихинон захватывает недостающие 2Н из матрикса и переходит в восстановленную форму убихинола 235 (ОНз). Убихинон может быть также восстановлен в результате окисления сукцината на комплексе П„который представляет собой сукцинатдегидрогеназу и является также компонентом ЦТК. Окисление сукцината до фумарата в ЦТК сопровождается восстановлением ФАД вЂ” простетической группы комплекса П, с которой е передаются на убихинон.
Убихи ион в виде пула () и ОНг растворен в липидном бислое мембраны. С пула ()Н2 электроны уходят на комплекс П1, или цитохром Ь/с,-комплекс, с которого передаются на цитохром с, локализованный в межмембранном пространстве. Этот неболыпой водорастворимый белок действует как одноэлектронный переносчик между комплексами П1 и 1Ч, перемещаясь путем диффузии вдоль мембраны. Комплекс 1Ч, или цитохромоксидаза, — последний комплекс ДЦ, терминальная оксидаза всех аэробных организмов. Комплекс акцептирует электроны с цигохрома с и передает их на Оп который в итоге восстанавливается до НгО. Для полного восстановления Оз необходимо 4е, поэтому 4 цитохрома с должны быть окислены на комплексе 1Ч, чтобы произошла реакция Оз+ 4Н + 4е = 2Н20 Перенос е в цепи по градиенту редокс-потенциала представляет собой экзергонический процесс с отрицательным значением Л6".
Освобождаемая при этом свободная энергия запасается на мембране в форме дрн.. Электронный транспорт сопряжен с генерацией Лрн, так как неразрывно связан с направленным переносом ионов Н" через мембрану. Три комплекса цепи — 1, П1, 1Ч— функционируют как протонные помпы, перекачивая протоны из матрикса в межмембранное пространство. Энергия лрн реализуется для синтеза АТФ из АДФ и Ф„на АТФ-синтазных комплексах (РьР,-АТФазах), также интегрированных во внутреннюю мембрану митохондрий.
Сопряженный с электронным транспортом синтез АТФ получил название окислительного фос(рорилированил. Такой является основная, или «стандартная», дыхательная цепь, общая для животных и растений, но у растений в отличие от животных дыхательная цепь организована сложнее: помимо комплексов 1— 1Ч она содержит пять дополнительных ферментов: четыре НАД(Ф)Н-дегидрогеназы, способные наряду с комплексом ! окислять НАДН, а также и НАДФН. Но наиболее интересная и удивительная особенность дыхания растений связана с присутствием во внутренней мембране растительных митохондрий альтернативной оксидазы.
Альтернативная оксидаза (АО) окисляет ОНз и восстанавливает Оз до воды и является, таким образом, второй терминальной оксидазой в дыхательной цепи растений. С пула ОНз электроны могут идти по двум направлениям — по цнтохромному пути через комплексы Ш и (Ч, или по альтернативному пути через альтернативную оксндазу (рис. 4.14). Электронный транспорт по альтернативному пути не сопровождается генерацией Лрн, поэтому большая часть энергии электронного потока рассеивается в виде тепла.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
