И.П. Ермаков - Физиология растений (1134204), страница 96
Текст из файла (страница 96)
6.50). Однако в тиоредоксинподобном домене последовательность аминокислот между двумя функционально активными молекулами цистеина типична для глутаредоксина. Имешю эта последовательность определяет окислительно-восстановительный потенциал системы. Поэтому С-домен АФС-редуктазы функционирует как глугаредоксип, а не тиоредоксин. Установленный факт объединения редуктазы и кофактора в одном белке позволил сформулировать новую гипотезу реакция восстановления сульфата до сульфита катализируется белком АФС-редуктазой и состоит в переносе двух электронов от двух молекул восстановленного глутатиона через тиоредоксинподоб- 378 Рис. 6.50.
Схема строения и работы АФС-редуктазы. две молекулы восстановленного à — БН передают 2е на тиоредоксинподобный домен. Электроны по градиенту окислнтельно-восстановительного потенциала переходят на редуктазный домен и затем передаются на АФС. В результате выделяются свободный сульфит и окнсленный глутатион. Пояснения в тексте ный домен на АФС, при этом выделяются свободный сульфит и окисленный глутатион: АФС + 2à — ЗН вЂ” БОз + 2Н + à — ББ — Г+ АМФ Таким образом, АФС-сульфотрансфераза и АФС-редуктаза — названия одного и того же фермента.
Второй этап восстановления. Сульфитредуктаза. На втором этапе сульфит восстанавливается до сульфида (бе ) под действием сульфитредуктазы (см. рис. 6.49, реакция 5). Донором электронов служит Фд БО,' + 6Фд „вЂ” Б' + 6Фд,„ Фермент локализован в пластидах и кодируется одним геном, который экспрессируется как в зеленых, так и в гетеротрофных тканях. Сульфитредуктаза растений — гемопротеин, состоящий из 2 или 4 идентичных субъединиц с мол. массой 64 — 7! кДа каждая. Подобно нитритредуктазе каждая субъединица сульфитредуктазы содержит один сирогем и один железосерный кластер (4Ре-4Б).
В отличие от АФС-редуктазы количество мРНК сульфитредуктазы в клетке практически не меняется и не зависит от доступности сульфата или количества восстановленных соединений серы в клетке. Сродство фермента к БОз 2— очень высокое (К = 10 мкМ), и это позволяет не накапливать токсичный для клетки сульфит. Различают две изоформы сульфитредуктазы: в листьях — ферредоксинзависимую, в корнях — ферредоксин-НАДФ'-зависимую. Восстановление сульфита в хлоропластах обеспечивается энергией света, а в пластидах корней восстановителем служит НАДФН из пентозофосфатного окислительного цикла. Биосинтез цистеина. Совместная работа серинацетилтрансдзеразы и О-ацетилсеринлиазы обеспечивает превращение герана в цистеин. Включение Б в цистеин — последний этап ассимиляторного восстановления серы.
Сульфид передается на О-ацетилсерин при участии фермента О-ацетилсеринлиазы (см. рис. 6.49, реакция 7). О-Ацетилсерин образуется из серина и ацегил-СоА в реакции, катализируемой серинацетилтрансферазой (см. рис. 6.49, реакция б). Цистеин — первый продукт восстановления сульфат-иона. Его концентрация в растительных тканях поддерживается на постоянном и довольно низком уровне (1О мкМ). Считается, что à — БН играет главную роль в регуляции размеров пула свободного цистеина. В упрощенном виде последовательность реакций ассимиляторного восстановления сульфата представлена на рис.
6.51. Регуляция ассимиляции сульфата осуществляется на разных уровнях и различными путями„которые сильно отличаются от регуляции нитратного и углеродного метаболизма. Восстановление сульфата преимущественно обеспечивается энергией фотосинтеза, но строго от света не зависит. Восстановление Фд„„может обеспечивать окислительный пентозофосфатный цикл. Пул восстановленного глутатиона, необходимый для работы АФС-редуктазы в пластидах, обычно не меняется. Более того, хотя активность восстанавливающих серу ферментов увеличивается в несколько раз после освещения растущих в темноте растений, эти же ферменты активны и в этиолированных растениях, тогда хак нитратредуктаза и Рубиско не экспрессируются в этиолированных растениях.
И наконец, в отличие от ферментов ассимиляции нитрата и углерода 379 Ц и т о з о Л ь Рис. 6,51. Схема ассимиляторного восстановления сульфата ферменты ассимиляции сульфата не проявляют суточных колебаний активности. Более значимый фактор регуляции ассимиляции серы — стадия развития растения. Все ферменты ассимиляции серы активны в молодых листьях и кончике корня, и их активность заметно падает в более старых тканях. Ассимиляторное восстановление идет там, где велика потребность в цистеине и метионине для белкового синтеза. Распределение 801 между двумя клеточными компартментами (вакуолью и хлоропластом) — важный этап в регуляции усвоения сульфата. Концентрация сульфата в хлоропласте строго контролируется.
При вырашивании ячменя на среде с концентрацией сульфата 200 — 250 мМ концентрация 80д в листьях увеличивалась в 10 раз: с 5 — 1О до бΠ— 70 мМ. Концентрация же сульфата в хлоропластах листьев ячменя увеличивалась при этом только в два раза: с 4— 5 до 10 — 12 мМ. Избыток поступаюшего в листья сульфата эффективно транспортируется в вакуоль — основной сульфатзапасающий компартмент, где его концентрация может достигать 100 мМ.
При сульфатном голодании увеличивается активность всех ферментов, вовлеченных в последовательность реакций усвоения сульфата, особенно — АФС- редуктазы. Количество мРНК для этих ферментов повышается параллельно с повышением активности. Индукция АФС-редуктазы хорошо выражена в корнях и в меньшей степени в листьях. 6.3.3.4. Гпутатион и его производные Глутатион — один из главных небелковых тиоловых продуктов ассимиляторного восстановления сульфата в растительной клетке.
Его содержание достигает миллимолярных значений, что значительно превышает микромоляр- 380 ные концентрации цистеина. à — БН вЂ” трипептьщ, состоящий из остатков глутаминовой кислоты, цистеина и глицина (у-глутамилцистеинилглицин). В отличие от животных у растений химические формы глутатиона разнообразнее: у некоторых бобовых это гомоглутатион (у-глутамилцистеинил-~3-алании), а у злаковых — у-глутамилцистеиннлсерин и у-глутамилцистеинилглутамат, Биосинтез глутатиона. à — БН синтезируется в двух последовательных АТФ- зависимых реакциях, катализируемых у-глутамилцистеинсинтетазой (1) и глутатионсинтетазой (2) (рис.
6.52). Эти ферменты обнаружены в цитозоле и хлоропластах и обладают примерно одинаковой активностью. Регуляция биосинтеза осуществляется на первой стадии. С одной стороны, скорость реакции 1 зависит от доступности цистеина, с другой — у-глутамилцистеинсинтетаза ингибируется à — БН по принципу обратной связи. Функции глутатнона. Глутатионовый пул восстановленной серы в количественном отношении самый большой, а в функциональном — разноплановый. à — БН вЂ” запасная и транспортная форма серы у растений. Например, Г— БН транспортируется из щитков кукурузы в развивающиеся корни и побеги, из зрелых листьев в молодые листья и корни у растений Исзпиу, при созревании плодов грейпфрута идет перераспределение глутатиона из листьев в плоды и т.д.
Происходит обмен à — БН между ксилемой и флоэмой. Система 2à — БН/à — ББ — Г работает на поддержание окислительно-восстановительного потенциала в клетке за счет взаимопревращений дитиол дисульфид. В норме глутатионовый пул на 95 9е представлен восстановленной т-ГЕваиилиисаиСООН СООН ииситиетаза 1 1 1 НзМ вЂ” С вЂ” Н+ НзХ вЂ” С вЂ” Н АТФ АДФ а Ф„ СН, Бн 1 СООН Глугямят цистеии ГлутатиаиНННОН соон 1 1 1 11 1 1 г — НООС-С вЂ” С вЂ” С вЂ” С вЂ” Х вЂ” С вЂ” СООН + НзХ вЂ” С вЂ” Н 1 1 1 1 1 1 НзХНН НСН, Н 1 А'' + н БН т-гщ Глиции НННОНОН 1 1 1 11 1 й 1 — НООС вЂ С вЂ С вЂ С вЂ С вЂ М вЂ С вЂ С вЂ” Х вЂ” С-СООН 1 1 1 1 1 1 1 нннн нсн, нн БН Глухвтиои Рис.
б. 52. Схема биосинтеза глутатиона. à — ен синтезируется в двух цоследоввтельных АТФ-зявисимых реакциях, квтвлизируемых у-глутамилцистеинсиитствзой (1) и глутвтиоисиитетвзой (2) 381 Активная Форма зн зн Рис. 6.53. Редокс-контроль, или поддержание окислительно-восстановительного потенциала, в клетке за счет взаимопревращений дитиол/дисульфида формой. Баланс ферментативно сдвинут в сторону à — ЗН за счет активности глутатионредуктазы (ЕС 1.6.4.2), донором е служит НАДФН (рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
