Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

Фотосинтетический кислород: роль H₂O₂

По современным представлениям фотосинтетический кислород выделяется из воды. Имеется ряд соединений, аналогов H₂O, взаимодействующих с водоокисляющим комплексом. Среди них особый интерес представляет пероксид водорода в связи с его возможным участием в фотосинтетическом выделении O₂. Существуют предположения об H₂O₂ как промежуточном продукте окисления H₂O и даже как об исходном субстрате-доноре электронов. У некоторых цианобактерий и водорослей выделение O₂ прекращается в анаэробных условиях. Исследования роли H₂O₂в фотосинтетическом выделении O₂ представляются перспективными.

According to current views, the photosynthetic oxygen is evolved from the water. There is a number of compounds, of the H₂O analogues, interacting with the water-oxidizing complex. Among these compounds, of particular interest is hydrogen peroxide as a possible participant in photosynthetic O₂ evolution. There are the assumptions of H₂O₂ as an intermediate in H₂O oxidation and, moreover, as the starting electron donor substrate. In several cyanobacteria and algae, O₂ evolution in the light is ceased under the anaerobic conditions. The elucidation of the H₂O₂ role looks promising for the studies on photosynthetic O₂ evolution.

Фундаментальная проблема биохимии - механизм фотосинтетического выделения кислорода. Проблема не нова, возникла со времен Джозефа Пристли, открывшего в 1771 г. фотосинтетический кислород. Важность ее решения трудно переоценить: космическая роль зеленого листа по К.А.Тимирязеву заключается в фотосинтезе органических веществ и молекулярного кислорода - субстратов, обеспечивающих жизнедеятельность хемотрофных организмов. Проблема фотосинтетического кислорода имеет комплексный характер, исследования ведутся во многих лабораториях мира. В последние годы в решении проблемы наметился определенный прогресс. Наряду с фундаментальностью, проблема имеет и прикладную перспективу, в частности, ее решение позволило бы использовать принципы фотосинтетического механизма для получения из воды молекулярного водорода в качестве энергоносителя.

По современным представлениям фотосинтетический кислород выделяется из воды [1]. Фотосистема (ФС) II хлоропластов и цианобактерий функционирует как H2O:пластохинон-оксидоредуктаза [2]:

H₂O → (Mn)₄ → Y_Z → P680 → Фео → Q_A → Q_B Q_P → Q_Z (b₆f),

где (Mn)₄ - четырехъядерный Mn-кластер водоокисляющего комплекса (ВОК), Y_Z - остаток тирозина-161 в полипептиде D1 фотосистемы II, P680 - реакционный центр ФСII, Фео - промежуточный акцептор электронов (феофитин), Q_A и Q_B - первичный и вторичный пластохиноны, Q_P - мембранный фонд пластохинона, Q_Z - участок связывания пластохинона в b₆f-цитохромном комплексе.

Окисление H₂O включает четыре одноэлектронные стадии, приводящие к последовательному накоплению окислительных эквивалентов в Mn-кластере. Соответственно, Mn-кластер может находиться в пяти различных окислительно-восстановительных состояниях, обозначаемых символами S₀-S₄. Состояния S₀ и S₁стабильны в темноте, S₄ превращается в S₀ сопряженно с выделением O₂, состояния S₂ и S₃ не устойчивы и релаксируют в темноте в состояние S₁ за десятки секунд. В темноте соотношение S₁ : S₀ составляет 3-4, поэтому в условиях импульсного освещения, когда каждая световая вспышка вызывает один оборот P680, максимальный выход O₂ из H₂O наблюдается в ответ на третий импульс; на первый импульс O₂ не выделяется.

Данные структурных исследований позволяют предположить, что (Mn)₄ представляет собой димер из двух биядерных центров. Это согласуется с данными о функциональной неоднородности четырех Mn-центров (см. [3] и цитированную там литературу). Одна из (Mn)₂-групп, (Mn-Mn)_ВОК, образует каталитический центр ВОК; другая, (Mn-Mn)_C, по-видимому, служит регулятором функциональной активности (Mn-Mn)_ВОК. Существует ряд соединений, аналогов H₂O, взаимодействующих с ВОК. Так, окисление NH₂OH и NH₂NH₂ ведет к образованию сверхвосстановленных состояний (Mn)₄-кластера - состояний S_-1 и S_-2 [3]: протекают реакции S₁ → S_-1 и S₂ → S_-2, которые в рамках представлений о биядерных (Mn)₂-группах могут соответствовать переходам:

и

Особый интерес среди аналогов H₂O представляет пероксид водорода. В присутствии H₂O₂ хлоропласты выделяют O₂ в ответ на первый световой импульс [4]. Этот результат подтвержден в опытах с H₂¹⁸O₂ [5]. В темноадаптированных тилакоидах хлоропластов H₂O₂ вызывает переход S₁ → S_-1 [4, 5]. При этом устанавливается соотношение S₀ : S_-1 : S₁, близкое к 0 : 6 : 4 [5]. Состояние S_-1 стабильно и не релаксирует, по меньшей мере, в течение 15 мин [5]. Одиночный световой импульс вызывает переход S_-1/S₁ → S₀/S₂, который инициирует темновую реакцию окисления H₂O₂ с образованием O₂ [4,5]. Как продемонстрировано в опытах с H₂¹⁸O₂, весь O₂ выделяется из H₂O₂ [5], в расчете на 1 P680 после одиночной вспышки света выделяется более 20 молекул O₂. Эта реакция, подобная каталазной реакции, предположительно обусловлена восстановлением S₂ до S₀ посредством H₂O₂ (E₀' для O₂/H₂O₂ равен 0,295 В) и последующим H₂O₂-зависимым окислением S₀ до S₂ (E₀' для H₂O₂/H₂O равен 1,42 В). Реакции S-состояний, вызываемые H₂O₂, иллюстрирует схема (по [5]).

Переходы S₂ → S₁ и S₀ S_-1 приводят к постепенному затуханию темнового выделения O₂ из H₂O.

Имеются данные о том, что выделение O₂ из H₂O₂ в результате циклического перехода S₂ → S₀ → S₂ возможно без предварительного воздействия одиночным световым импульсом [6-8]. Процесс зависит от (Mn)₄, Ca²⁺ и Cl^- [6]. Эти данные, однако, подвергнуты критике [9]. В частности, комплексы ФСII, лишенные субъединиц ВОК с молекулярной массой 17 и 24 кДа ( на которых проводились опыты [6-8]), по данным работы [10] при воздействии H₂O₂ теряют Mn, а по данным работы [8] полностью сохраняют его и при этом характеризуются отсутствием шестиполосного сигнала ЭПР от Mn²⁺, находящегося в водном окружении. Утверждается [9], что такой сигнал в условиях комнатной температуры, в которых проводились измерения [8], должен регистрироваться и в образцах с нативным Mn-кластером ВОК. Тилакоидные мембраны, обедненные Cl^-, не способны к фотоокислению H₂O, но выделяют O₂ из H₂O₂ на свету [11]. Опыты с антибиотиком A23187 (осуществляющим трансмембранный обмен двухвалентных катионов на 2H+) и данные о действии добавленного Mn²⁺ склонили авторов работы [11] к предположению о том, что фотоокисление H₂O₂ в таких мембранах катализируется свободным или лабильно связанным Mn, возникающим в результате H₂O₂-зависимой деструкции (Mn)₄, входящего в состав ВОК. Добавленный Mn2+ поддерживает окисление H₂O₂ в тилакоидных мембранах, обогащенных ФСII и предварительно лишенных Mn [12].

Таким образом, к настоящему времени нет ясности по вопросу, нужен ли для выделения O₂ из H₂O₂ интактный ВОК. Или этот процесс протекает и после деструкции ВОК? В этом случае пути окисления H₂O и H₂O₂ расходятся, и тогда изучение разложения H₂O₂ в качестве подхода для познания механизма выделения O₂ из H₂O теряет смысл.

Однако имеются данные, полученные с применением другого подхода. В определенных условиях электрон-донорная ветвь ФСII может генерировать H₂O₂. Образование H₂O₂ на свету вызывают ADRY-реагенты (ADRY - от английского "Acceleration of Deactivation Reactions of the Water-Oxidizing Complex Y", см. [2] в качестве обзора) [13] - соединения, которые, окисляясь, ускоряют дезактивацию S₂- и S₃-состояний с образованием S₁. H₂O₂ образуется в вывернутых тилакоидных мембранах, если они лишены 16- и 23 кДа-полипептидов ВОК [14]. Процесс зависит от добавленного Mn²⁺ и подавляется ЭДТА. Освещение мембран, обогащенных ФСII в результате обработки детергентом, тоже приводит к образованию H₂O₂ [15, 16], как предполагают авторы, в электрон-донорной ветви ФСII.

H₂O₂, образованный в электрон-донорной ветви ФСII, высвобождается лишь при кислотной обработке мембран - при снижении pH до 1,4 [15]. Связанный H₂O₂ образуется на первую вспышку света, на последующие вспышки наблюдаются осцилляции с периодом в два такта: на нечетные вспышки H₂O₂ образуется, а на четные - исчезает. Выход связанного H₂O₂ составляет 0,35 моль на 1 моль P680. Связанный H₂O₂ образуется и в мембранах, лишенных Mn, но без осцилляций на последовательные вспышки света [15].

Условием образования H₂O₂ по данным работы [16] является помещение мембран в гипотоническую среду с низкой концентрацией сахарозы. Если в качестве акцептора электронов в реакции Хилла использовать 2,6-дихлорфенолиндофенол (ДФИФ), то количество фотовосстановленного ДФИФ в расчете на электронные эквиваленты более чем в 1,5 раза превышает количество выделенного O₂. Разница стирается при добавлении каталазы [16]. Это свидетельствует о том, что значительная доля электронного транспорта через ФСII имеет результатом не выделение O₂, а образование H₂O₂ [16]. Предлагаются два возможных варианта объяснения полученных результатов [16]: образование H₂O₂ как промежуточного продукта на пути окисления H₂O до O₂ или как продукта, возникающего в результате замыкания цикла S-состояний (S₂- или S₃-состояния Mn-кластера релаксируют соответственно в S₀ или S₁ с высвобождением H₂O₂).

Таким образом, и этот подход не дает однозначных результатов относительно роли H₂O₂ в фотоокислении H₂O. Более того, при одноэлектронном восстановлении O₂ компонентами электрон-акцепторных ветвей ФСII и ФСI образуется O₂-. (см. [17] и цитированную там литературу). В изолированных хроматофорах пурпурных бактерий окисляется вторичный хинон, наиболее вероятно, в форме семихинона [18, 19]. При обработке хроматофоров детергентами с O₂ взаимодействует бактериофеофитин [20]. В модельных системах кислородом окисляются фотовозбужденные хлорофилл а и бактериохлорофилл а [21, 22]. Комплексы ФСII обладают высокой активностью супероксиддисмутазы [17], катализирующей реакцию:

2O₂^-. + 2H⁺ → H₂O₂ + O₂.

Характеристики

Тип файла документ

Документы такого типа открываются такими программами, как Microsoft Office Word на компьютерах Windows, Apple Pages на компьютерах Mac, Open Office - бесплатная альтернатива на различных платформах, в том числе Linux. Наиболее простым и современным решением будут Google документы, так как открываются онлайн без скачивания прямо в браузере на любой платформе. Существуют российские качественные аналоги, например от Яндекса.

Будьте внимательны на мобильных устройствах, так как там используются упрощённый функционал даже в официальном приложении от Microsoft, поэтому для просмотра скачивайте PDF-версию. А если нужно редактировать файл, то используйте оригинальный файл.

Файлы такого типа обычно разбиты на страницы, а текст может быть форматированным (жирный, курсив, выбор шрифта, таблицы и т.п.), а также в него можно добавлять изображения. Формат идеально подходит для рефератов, докладов и РПЗ курсовых проектов, которые необходимо распечатать. Кстати перед печатью также сохраняйте файл в PDF, так как принтер может начудить со шрифтами.

Список файлов доклада