С.С. Медведев - Физиология растений (DJVU) (1134223), страница 22
Текст из файла (страница 22)
Згв Структура АТР- не синтез АТР из АПР и Р„, а пропесс отделения АТР синтазного комплекса Е. сой от фермента. 2. В АТР-синтазном комплексе связывание субсгратов и высвобождение продуктов реакции происходит в трех отдельных, но взаимодействующих мея.,лу собой каталитических участках фермента. При этом каждый каталитический участок может существовать только в одном из трех конформациош|ых состояний.
3. Поток ионов Н+ через протонный канал Ре по градиенту электрохимического потенциала вызывает вращение у-субъединицы АТР-синтазного комплекса. Это вращение приводит к конформационным изменениям в каталитических участках, которые позволяют АТР высвобождаться от фермента и процессу идти дальше. Два первых постулата Бойера получили много подтверждений, основанных главным образом на анализе кинетики процесса, и являются общепринятыми.
Утверждение же о вращательном механизме процесса сопряжения между потоком Н+ и синтезом АТР доказать было сложнее. Это удалось сделать группе английских исследователей в лаборатории Джона Уокера в Кембридже (АЪгаЬыпа, Ься11е, Ьп11ег, »зта1кег, 1994). Они провели высоко разрешающий кристаллографический анализ структуры Ршкомплекса АТРазы митохондрий быка. Было выявлено, что в каталитический комплекс входят три 11- и три сз-субъелиницы, которые расположены, чередуясь подобно долькам апельсина (рис. 3.8). Три ~3-субъединицы отличаются друг от друга и конформационно, и по связанным с ними нуклеотидам, что подтверждает наличие механизма синтеза АТР по принципу связывание- обмен. При этом у-субъединица, как стержень, вставлена внутрь .,:::.
'с' каталитического комплекса. Между о- и )7-субъединицами обнаружены высокогидрофобные взаимодействия, что обеспечивает возможность вращения у-субъединицы внутри полости, образуемой в каталитическом центре фермента. Другими словами, у-субь- ,';Ь, единица выглядит как молекулярный подшипник, который «смазывается» (при вра- Актиновый филамент Стекло Рис. 3.8. Иодель функционировании А1Р-синтазы (зцще е. а., 1997). Показаны принцип креплении кеталитическоео кол~олекса к мембране с помощью а-, Ь- и б-субьедиинц, транспорт ионов Н по протонному каналу н на рааление вращения у-, е- и ссубьеднннц. Рис.з.9 Метод, который позволил зарепктрировать вращение 7-субьединнцы в Рыкомплексе АТР-синтазы йло)1 е.
а.,1997). 100 щении) за счет гидрофобных взаимодействий, существующих в каталитическом центре фермента. После анализа кристаллической структуры Р1-комплекса АТР-синтазы были сняты практически все вопросы, касающиеся механизлба синтеза АТР. Однако окончательное доказательство вращения '7-субъединицы в каталитическом центре фермента можно было бы получить, если бы его удалось зарегистрировать визуально. Такой эксперимент удалось провести Масасуке Ешида с коллегами в Токийском технологическом институте Японии ()то)1, Уазика, УозЬЫа, Кшоз11а, 1997).
Они пометили флуоресцентным зондом актиновый филамент и «пришили» его к 7-субъединице Рыкомплекса. Затем комплекс Рз был прикреплен к специально обработанной стеклянной поверхности, по которой невозможно скольжение (рис. 3.9). Исследователи предположили, что если -~-субъединица действительно способна вращаться под действием АТР, то будет вращаться и прикрепленный к ней актиновый филамент. Поскольку размеры фила- мента составляли около 1 мкм, его вращение должно быть видно во флуоресцентный микроскоп. Результаты эксперимента оказались потрясающими.
Как только к модифицированному комплексу Р1 была добавлена АТР (см. рис. 3.9), актиновые филаменты начинали вращаться по кругу со средней скоростью 4 оборота в секунду (рис.3.10). Поскольку размеры актинового филамента значительно превышали размеры ферментативного комплекса, реальная скорость вращения .у-субъедишпгы должна быть гораздо выше. Демонстрация вращательного движении 7-субъеднницы позволила окончательно решить вопрос о механизме синтеза АТР в АТР-синтазном комплексе. Согласно современной модели функционирования АТР-синтазного комплекса митохондрий (см.
рис. 3.8) источником энергии для мембранного транспорта протонов является градиент Ьдне (нротондвнжущая сила) на внутренней мембране митохондрий. Движение ионов Н+ по протонному каналу АТР-синтазы вызывает вращение ссубъсдиничного комплекса внутри мембраны. Это инициирует вращение 7-субъедини- СООН СН СНОН СООН СН маликэизим ! С=О +СО . ( НАО НАНН СО ОН Рис.3.10. Песледаиательное изображение вращения актииавсгс филаиенга, прикрепленного к у-субьединине АТР-сиитазы (г1е1! е. а.,1997).
Пируват далее окнсляется в цикле Кребса, а гт'АВН вЂ” в электрон-транспортной цепи. Таким образом, растительные митохондрии способны окислять через цикл Кребсе пе только образующийся в гликолизе пируват, но н транспортируемый из цитоплазмы палат, 3.10.1. Цнанндустойчнвое дыхание растений Завершающий этап гючти всех окислительных процессов заключается в переносе электронов от окисляемого субстрата на кислород, Этот процесс катализируется дыхательными ферментами, которые называют термииалъиаьии оксидазами У расти- 101 цы, тесно связанной с Ро-комплексом. Вращение у-субъединицы внутри Рг-комплекса вызывает копформационные изменения в каталитическом центре, необходимые для синтеза АТР.
Предполагается, что каталитический комплекс (1з- и сг-субьединицы) сам по себе пе врапгается и крепится к мембране с помощью а-, 6- и 6-субъединиц. Н терминах электротехники Р,-комплекс и его мембранный «якорь» (субъедвницы а и Ь) сравнивают со статором, в то время как у-субъсдинипу и вращающуюся часть Ро-комплекса-.-с ротором. За свой вклад в установление ыехашгзма синтеза АТР П. Бойер н Д.Уокер в 1997 г. получили Нобелевскую премию.
ЗДО. СПЕЦИФИКА КЛЕТОсгНОГО ДЫХАНИЯ РАСТЕНИЙ Особенностью электрон-транспортной цсши растительных митохондрий является наличие ряда переносчиков, которые отсутствуют в клетках животных организмов У растительных митохондрий помимо цнтохромоксидазы имеется альтериатиенал глерминальнал оксидлзо„способная передавать электроны от убихинона прямо на кислород. Вторым отличием нигохон,арий растений являются два пути окисления НАДН, образующегося в матриксе: через комплекс 1, угнетаемый ротеноном, и через ротенон-нечувствительную БАВ(Р)П-дегидрогеназу, И, наконец, в растительных клетках возможно Са~+- зависимое окисление цитоплазматического пула НАВ(Р)Н в электрон-транспортной цепи митохондрий через 7тАВ(Р)Н-дегидрогеназу, функционирующую в межмембранном пространстве (см.
рис, З.б). Характерной особенностью митохондрий растительных клеток, в отличие от животных, является наличие маликэнзима, который катализирует окислительное декарбоксилирование малата: ИИПВЙ ВИПЙЙ ййййй ййййй ВФРВП Ийййй $ЙЙЙЙ яаию'и РПВРИ ЯИПНВ ЙИЙЙЙ ЙЙ1ЙЙ ййййй йййРВ ПМПНВ Ийййй ПРВПВ ИНййй ПИФЙН ВЮЯ тельных клеток к таким ферментам относятся не только Комплекс 1У (цитохром с оксидазный), но и альтернативная оксидаза, локализовыпшя на внутренней мембране митохондрий (см. рис.3.6). Терминальные оксидазы являются главным компонентом экцепторного участка дыхательной электрон-транспортной цепи, от которых зависит общая эффектинность дыхания. Если к животным тканям добавить 1 мМ раствор цианида, дыхание практически полностью остановится, поскольку будет подавлена работа цитохром с оксидазного комплекса, передающего электроны на кислород.
Однако у большинства растительных клеток при этом поглоще1п1е кислорода не прекратится, а только замедлится (в среднем от 10 до 25%). У некоторых растительных тканей уровень цианидустойчивого дыхания (поглощения Оз) может достигать даже 100%.
Такал особенность дыхания расте1шй объясняется тем, что на внутренней мембране растительных митохондрий функционирует альтернативная цианидустой чивая оксидаза (см. рис. 3.6), которая обеспечивает передачу электронов от убихинона на кислород с образованием НэО.
Этот процесс специфически угнетается рядом соепинений, к которым относится, например, салицилгпдроксамовая кислота. Когда электроны от убихинона попадают на кислород, то пропускаетсн дна участка электрон-транспортной цепи (комплексы П1 и 1У), на которых была бы возможна генерация энергии (вначале в вцде протонного градиента, а затем и АТР). Поэтому происходит рассеивание энергии в виде тепла. Чувствительность альтернативной цианидустойчивой оксидазы к кислороду несколько ниже, чем у цитохромоксидазы.
Алыиернатиивпал оксидаза представляет собой ннтегральный мембранный белок, составленный из двух идентичных субъединиц, молекулярная масса каждой из которых от 35,5 до 37 кДа. Регулирование активности этого фермента осуществляется путем образования (димерная форма) или расщепления (мономерная форма) дисульфидпого мостика межлу мономерамн:  — БН + НБ — В.
е-  — Я вЂ” 8 — В + 2Нт. маномер маномер лнмер У ьшогих цветков перед образованием пыльцы наблюдается быстрое повышение активности этого фермента. Это приводит к резкому возрастанию температуры тканей цветка, которая, например у Яииготпа$ит уийа1ит, достигает 25 С. Одновременно активируется синтез салициловой кислоты, а также определенных амшюв и индольных соединений, которые служат аттрактантами для насекомых-опылителей. Такие условия могут поддерживаться до 7 ч. Повышение температуры характерно для соцветий и цветков других видов ароидных (Агасеае) Агит таспЫит, Яртросацпи 1оейдпэ и виктории Угс1огю.
Однако у большинства растений уровень цианилустойчнвого дыхания невелик. Поэтому вопрос о его роли для растений пока еп1е не решен. Считается, что альтернативная цианидустойчивая оксидаза активируется при стрессовых воздействиях, которые повреждают работу основной электрон-транспортной цепи митохондрий. 3.10.2.
Немитохоидриальные электрон-транспортные цепи растительной клетки У растеешй, как и у других организмов, имеются системы окисления восстановленных пиридин- и флавиннуклеотидов не только с помощью терьшнальных оксидаз митохондрий, но и в редокс-цепях эндоплазматического ретикулума, плазмалеммы и цито- плазмы.
В процессах окисления, катализируемых немишояомдриальпмми ахсидазалщ 102 ве происходит образования АТР. К таким оксидазам относятся, например, Сп-содержащие ферменты — - полифенолоксццаза и аскорбатоксндаза. Голубые медьсодержащие оксццазы способны восстанавливать оба атома молекулярного кислорода до НзО, чем нэпоминшот цитохром с оксидазный комплекс, который также содержит медь. Однако они не содержат железа. Для окисления аскорбиновой квслоты в дегидроаскорбиновую в растительных клетках имеется специальная аскорбатоксидазнал сиоп»еаза, способная осуществлять такое превращение.
Функционирование этой системы обеспечивает окисление таких субстратов, квк ХАО(Р)Н, восстановленная форма глутатиона и аскорбиновая кислота. Полифснолоксидаза окисляет фепольные соединения (моно-, ди- и трифенолы) с образованием соответствующих хинонов. Именно активностью полифенолоксидазы объясняется потемнение поверхности разрезанного яблока или картофелыюго клубня, поскольку при ранениях растительных тканей этот фермент превращает фенолы в токсичпыс для патогенов хиноны, что препятствует распространению инфекции. Полифенолоксидаза участвует в окислении полифенолов и дубильных веществ, провсходящем при скручивании и завяливании чайного листа, ее действием объясняется также потемнение плоцов при сушке.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
