И.П. Ермаков - Физиология растений (1134204), страница 62
Текст из файла (страница 62)
торможение электронного транспорта способствует перевосстановлению редокс-центров цепи, электроны с которых начинают интенсивно сбрасываться на кислород. В этих условиях можно снизить интенсивность образования супероксидрадикала, если увеличить скорость транспорта и разгрузить цепь через разобщение. Данный вывод подтвержден экспериментально. Так, ингибирование 1)СР-белка в митохондриях клубней картофеля сопровождалось чрезмерным накоплением НгОг.
И, наоборот, при активации разобщения жирными кислотами уровень этого опасного соединения в клетке был низким. 4.2.9. АЛЬТЕРНАТИВНЫЕ НАД(Ф)Н-ДЕГИДРОГЕНАЗЫ Дыхательная цепь растений содержит четыре дополнительные НАД(Ф)Н- дегидрогеназы (НАД(Ф)Н-убихиноноксидоредуктазы), способные окислять НАДН и НАДФН, восстанавливая пул убихинона.
Альтернативные дегидрогеназы кодируются ядерными генами и представлены одним небольшим полипептидом (мол. масса 26 — 43 кДа), содержащим ФАД в качестве кофермента. Общим свойством этих ферментов является то, что их активность не подавляется ротеноном, «классическим» ингибитором комплекса 1. В то же время специфические ингибиторы для них четко не установлены.
Между собой дегидрогеназы различаются по кинетике, степени чувствительности к ингибитору дифенилениодиду и по потребности в ионах Саг'. Ротеноннечувствительные НАД(Ф)Н-дегидрогеназы расположены по обе стороны внутренней митохондриальной мембраны (см. рис. 4.14). На обращенной к матриксу стороне есть две дегидрогеназы (НАДН-ДГ и НАДФН-ДГм), одна из которых специфична к НАДН, а другая к НАДФН. Они способны окислять эндогенный НАДН и НАДФН и в какой-то мере конкурируют с комплексом 1, объективно снижая величину д1гн . В то же время НАДН-ДГм 251 обладает значительно меньшим сродством к НАДН, чем комплекс 1, и, вероятно, включается в работу только при достаточно высоком уровне НАДН в матриксе.
Две другие, НАДН-ДГ,„и НАДФН-ДГ,„, расположены на внешней стороне внутренней мембраны. Их присутствие обьясняет тот факт, что митохондрии растений в отличие от митохондрий животных способны окислять цитозольный НАД(Ф)Н, проникающий в межмембранное пространство через поры наружной мембраны. Присутствие внешних НАД(Ф)Н-дегидрогеназ в дыхательной цепи растений делает излишним использование некоторых челночных механизмов, работающих на доставку НАДН в митохондрии животных. В то же время следует учесть, что три альтернативные дегидрогеназы являются Са"-зависимыми, а это значит, что они, вероятно, активируются только при увеличении цитозольной концентрации Саз', которая в норме очень низка.
Физиологическая роль альтернативных НАД(Ф)Н-дегидрогеназ в ДЦ растений остается нс совсем ясной. Очевидно, что она связана с контролем пулов НАДН и НАДФН в цитозоле и матриксе митохондрий. Следует отмстить, что наличие нескольких ферментов, выполняющих одну и ту же функцию, в данном случае еше раз подтверждает свойства пластичности растительного метаболизма. 4.2.10.
АЛЬТЕРНАТИВНАЯ ОКСИДАЗА В МИТОХОНДРИЯХ РАСТЕНИЙ Изучение особенностей дыхания растений, связанных с альтернативной оксндазой (АО), имеет давнюю и интересную историю. Еще в Х1Х в. ботаники описали явление, которое впоследствии назвали термогелезом ароиднык расеений: при цветении некоторых видов температура цветка резко повышается, иногда превышая температуру окружающего воздуха на десятки градусов.
Этот феномен ярко выражен при цветении таких растений, как Аплл таси(агин, Зутр1осагриз|ое1Ыи, Яаиготаллл р~пааля, РЫ!опеппгип зейоит. Так, температура цветка лилии Аглт (гайит может достигать 51 С при температуре воздуха 15'С, а початок (цветка) скунсовой капусты (сутр(осагриз~пепйя) нагревается до 30 'С при температуре воздуха всего лишь 5 'С. Гиперпродукция тепла в цветке ароидных лилий необходима для испарения пахучих (иногда, неприятно пахнущих) соединений, привлекающих насекомых-опылителей.
В определенных температурных пределах скорость поглощения Оз и продукция тепла повышается при понижении и, наоборот, снижается при повышении температуры воздуха. При этом температура цветка может поддерживаться на высоком и постоянном уровне от нескольких часов до нескольких дней. Таким образом, хотя терморегу)вшил считается функцией теплокровных животных, в случае термогенеза у ароидных природа не была столь догматична. При исследовании этого феномена оказалось, что повышение температуры тканей сопровождается вспышкой дыхательной активности, при этом поглощение Оз не подавляется цианидом и СΠ— классическими ингибиторами дыхания животных.
Вскоре выяснилось, что и другие ткани высших растений имеют в процессе поглощения Оз компоненту, не подавляемую цианидом. Так было открыло цианидрезистелтное дыхание, характерное для всех семенных растений, а также грибов, водорослей и даже некоторых простейших. Если 252 цианид (1 мМ) полностью подавляет дыхание животных, то у растений цианидрезистентное дыхание варьирует от 10 до 90% в зависимости от вида и физиологического состояния. Целенаправленное изучение этого явления привело к открытию в дыхательной цепи растений альтернативной оксидазы (АО) и связанного с ней альтернативною пути переноса электрона. Активность АО не подавляется цианидом, а также другими ингибиторами комплекса Ту' — СО и азидом. Специфическими ингибиторами АО признаны соли гидроксамовых кислот (ЯНАМ вЂ” Яа!1су!!туг)гохапт)с асЫ вЂ” салицилгидроксамовая кислота) и и-пропилгаллат.
Альтернативная оксидаза — убихинол-кислород-оксидоредуктаза — представляет собой один полипептид (мол. масса - 32 кДа), синтез которого кодируется ядерным геном — Аох1. У растений Яаиготагипт яипалгт, сои (67усгпе глах) и арабидопсиса обнаружено три ядерных гена, кодирующих изоформы АО, экспрессия которых зависела от типа ткани*. Во внутренней мембране растительных митохондрий АО может находиться в мономерной или димерной форме (рис. 4.22). В структуре белка АО есть два остатка цистеина, при окислении которых образуется дисульфидная связь, ковалентно связывающая два мономера. При восстановлении фермента по дисульфидной связи активность АО возрастает в несколько раз. Альтернативная оксидаза прямо восстанавливает Оз до НзО за счет одного акта, связанного с отнятием от двух молекул ОН! 4е согласно реакции 2ОНт+ Оз 20+ 2НзО Механизм восстановления Оз точно не установлен.
Известно, что в каталитическом центре АО есть два атома железа, для связывания которых лигандами служат остатки глутамата, аспартата и гистидина. Точечный мутагенез по этим остаткам сопровождается инактивацией фермента. Реакция, катализируемая АО, не сопряжена с транслокацией протонов и не вносит вклад в создание на мембране гз)гн . В дыхательной цепи растений реализуются два возможных пути, или две цепи, по которым отнимаемые от субстратов дыхания электроны переносятся на Оз. Эти пути не автономны: они имеют общий участок, на котором работают комплексы 1 и 11, а также альтернативные НАД(Ф) Н-дегидрогеназы„сбрасываюшие электроны в пул убихинона (см, рис.
4.14, 4,23), Однако с пула убихинона электронные потоки могут разветвляться и идти по основному цитохрамному или альтернативному лунги. Электронный транспорт по цитохромному пути включает комплексы 1П и 1ьг, а значит, связан с работой протонных помп и синтезом АТФ. Если с пула убихинона электронный поток сворачивает на альтернативный путь через АО, значительная часть его энергии теряется в виде тепла и не используется для синтеза АТФ. В этом случае при окислении * Следует отмстить, что в тилакоидной мембране хлоропластов обнаружены НАД(Ф)Н-дегидрогеназа (хдь-комплекс), гомологичная бактериальному комплексу! (субьсдиницы комплекса кодируются хлоропластным гсномом), и терминальная оксидаза (кодируется ядерным геном), гомологичная альтернативной оксидазе растительных митохондрий. Предполагается, что ЭТЦ фотосиытсза 4гункционально связана с короткой дыхательной цепью: в темноте пул пластохинона может быть восстановлен НАд(Ф)Н через )Чоа-комплекс и окислен терминальной ексидазой с восстановлением Ог до воды.
Значение такого процесса, названного хлеродыхаляем, остается дискуссионным. 253 Мюкмембран нос пространство активирует АО НАДФН Изоц нграт Пируват Рис. 4.22. Регуляция активности альтернативной оксндазы. АО может находиться в димерной и мономерной форме. Переход связан с образованием дисульфидной связи ( — Б — Я вЂ” ), образованной остатками цистеина, или с ее восстановлением ( — БН НБ — ). Восстановление дисульфидной связи сопровождается активацией фермента и наоборот.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
