1625912814-86e4cf3c2f3a4758cc82c296d453744e (800503), страница 9
Текст из файла (страница 9)
В световой стадии образуется О2 приокислении воды и генерируются богатые энергией NADPH и АТР,которые используются в темновых реакциях для восстановленияСО2 и образования углевода.Световая стадия фотосинтеза – это индуцированный переносэлектронов от воды к NADPH. Первый этап фотосинтеза –поглощение света фоторецепторной молекулой – хлорофиллом:H2 CRCHR= -CH3 - aR= -CHO - bCH2 CH3H 3CNNMgNNH 3CHCH2 HHCH2OOOOOCH3R'CH3R'=CH2 CH C(-C20H39, фитил)CH3CH2CH2 CH2 CH CH2CH32CH2 CHCH3Фотосинтез определяется фотохимией молекулы хлорофиллов(a и b).
Это Mg – порфирины, отличающиеся от гемового Fe –порфирина заместителями и структурой колец. Они – оченьэффективные фоторецепторы, так как являются полиенами.Концепция фотосинтетической единицы предполагает, что свет87поглощается сотнями молекул хлорофилла, которые затемпереносят свою энергию возбуждения в реакционный центр – место,где протекают химические реакции.Хлорофиллы и другие компоненты световой стадии(светопоглощающие пигменты, белковые и электрон-транспортныекомплексы и АТР-синтазный комплекс) находятся в мембранетилакоидов.Световая стадия – это взаимодействие двух световых систем,результатом которого является синтез АТР, NADРH и О2.Фотосистема I (Р700, Р – пигмент, белковый комплекс)генерирует NADPH, перенося электрон сначала к связанномуферредоксину, а затем к растворимому ферредоксину, которыеявляются железосерными белками со структурой Fe4-S4.Восстановленный ферредоксин переносит электрон на NADP+:2Ферредоксин (Fe+2) + NADP+ → 2Ферредоксин (Fe+3) +NADPH + Н+,реакция катализируется ферредоксин-NADP+-редуктазой.Фотосистема II (Р680) генерирует сильный окислитель Z+,который расщепляет воду (механизм неизвестен):4Z+ + 2Н2О → 4Z + 4Н+ +О2.Пластохинон (Q):OCH3H3CH3CCH2 CH CCH2nHOn = 6 – 1088Полная схема взаимодействия двух систем фотосинтеза:Окисл.-восст.потенциал, В-0,6СвязанныйферредоксинРастворимыйферредоксинNADPHCyt b563e-Q0PQe-Cyt c552Cyt b559Cyt c552e-PCПротонныйградиент+0,4PCПротонныйградиентФотосистемаIФотонATP+0,8ФотосистемаIIH2OФотонO2Протонный градиентATPКоординация иона меди в пластоцианине (PC):NHis 57NNNSCuSHis 3789Met92CH3Cys 84ATPДля регенерирования восстановленной формы Р700 –реакционного центра I фотосистемы, существует система переносаэлектронов от II фотосистемы к I.
Из Р680 электрон переносится насвязанный пластохинон (Q), далее к подвижным пластохинонам(РQ), затем последовательно к цитохромам b559 и с552. Конечнымпереносчиком электрона в этой системе является пластоцианин (РС)– белок, содержащий атом меди, координационно связанный счетырьмя остатками аминокислот: Cys, Met, 2His.Суммарная реакция фотоактивирования двух систем световойстадии фотосинтеза выглядит следующим образом:2H2O + 2NADP+ → O2 + 2NADPH + 2H+.Таким образом, свет вызывает перенос электронов от H2O кNADP+.При переносе электронов через ассиметрично ориентированныесистемы I и II создается протонный градиент через мембранутилакоидов, который и запускает синтез АТР.
Реакция среды вполости тилакоидов становится кислой – рН ≈ 4. Индуцированныйсветом трансмембранный протонный градиент составляет примерно3,5 ед. рН. Механизм синтеза АТР и ферментный ансамбльАТР-синтазы хлоропластов аналогичен описанному вышеобразованию АТР при окислительном фосфорилировании вмитохондриях.Существует еще один путь синтеза АТР – циклическоефотосинтетическое фосфорилирование, имеющий место вфотосистеме I, когда электрон с высоким потенциалом отферредоксина переносится не на NADP+, а на цитохром b563.
Далеепроисходит обратный перенос электрона к окисленной форме Р700через цитохром с552 и пластоцианин. При этом переносе такжевозникает протонный градиент и генерируется АТР, но необразуется NADPH. Фотосистема II не участвует в циклическомфосфорилировании, и, следовательно, не происходит образованияО2 из Н2О. Циклическое фотофосфорилирование активнофункционирует при высоком соотношении [NADPH] / [NADP+].И синтезированный АТР и образовавшийся NADPHвысвобождаются в полость стромы, чтобы обеспечить последующиетемновые реакции.P90Темновая стадия фотосинтеза (цикл Кальвина).
М. Кальвин,выясняя путь фиксации СО2 в одноклеточной зеленой водорослиChlorella, установил механизм этого сложного процесса. Онначинается с реакции СО2 с рибулозо-1,5-бисфосфатом, приводящейк образованию двух молекул 3-фосфоглицерата. Реакциякатализируется рибулозо-1,5-бисфосфат-карбоксилазой.Далее следует ряд реакций превращения 3-фосфоглицерата вофруктозо-6-фосфат по пути глюконеогенеза и регенерациирибулозобисфосфата, субстрата первой стадии цикла Кальвина.В процессе регенерации необходимо синтезировать пятиуглеродныйсахар из шести- и трехуглеродного сахаров.
Синтез осуществляетсяв три реакции, катализируемых транскетолазой и альдолазой –процесс, похожий на реакции пентозофосфатного пути.Образование фосфоглицерата:CO2H2 OC5C6C3+C3OOOH2COC+COOHCOHHCH2CPOOPрибулозо- O1,5-дифосфатCHOH OOO H2COOOPCOH OCOCOH OH2COPпромежуточное Oпереходноесоединение91OOH2CH2OHOOCCOPOOH OO+OHCCДве молекулы H2C3-фосфоглицератаOOH OOPOOЦикл Кальвина:23-ФосфоглицератCO22ATP21,3-дифосфоглицератРибулозо1,5-дифосфат2NADPHATP2Глицеральдегид3-фосфатРибулозо-5-фосфатФруктозо6-фосфатПревращение 3-фосфоглицерата во фруктозо-6-фосфат:Фруктозо-6-фосфатФруктозо-1,6-дифосфатГлицеральдегидДиоксиацетон3-фосфатфосфат+NADPNADPH1,3-дифосфоглицератADPATP3-Фосфоглицерат92Кроме транскетолазы и альдолазы в темновых рекцияхфотосинтеза участвуют 4 фермента: фосфатаза (гидролизуетседогептулозо-1,7-бисфосфат),пентозофосфатэпимераза(превращаетксилулозо-5-фосфатврибулозо-5-фосфат),пентозофосфат изомераза (превращает рибозо-5-фосфат врибулозо-5-фосфат) и рибулозофосфат киназа (фосфорилируетрибулозо-5-фосфат в рибулозо-1,5-бисфосфат).Фруктозо- Глицеральдегид6-фосфат +3-фосфатЭритрозо+ Диоксиацетон4-фосфатфосфатКсилулозоЭритрозо5-фосфат + 4-фосфаттранскетолазаальдолазаСедогептулозо1,7-дифосфатфосфатазаСедогептулозо- Глицеральдегид+7-фосфат3-фосфаттранскетолазаРибозо+ Ксилулозо5-фосфат 5-фосфатизомеразыC6 + C3транскетолазаC5 + C4C4 + C3альдолазаC7C7 + C3транскетолазаC5 + C5Рибулозо5-фосфатфосфорибулозокиназаРибулозо1,5-дифосфатТаким образом, при восстановлении одной молекулы СО2потребляется три молекулы АТР и две молекулы NADPH.Биоэнергетический баланс синтеза одной молекулы гексозы изСО2 (6 оборотов цикла Кальвина) записывается следующимобразом:6CO2 + 18ATP+12NADPH+12H+C6H12O693+18ADP+18Pi+12NADP++6H2OЛимитирующейстадиейциклаКальвинаявляетсякарбоксилированиерибулозо-1,5-бисфосфата.Эффективнымактиватором рибулозо-1,5-бисфосфат-карбоксилазы является свет.Эта активация определяется результатом трех процессов,протекающих в световых реакциях фотосинтеза:1.
NADPHявляетсяаллостерическимактиваторомкарбоксилазы.2. Закисление полости тилакоида приводит к защелачиваниюстромы, которое активирует фермент: скорость реакциизначительно возрастает при повышении рН от 7 до 9.3. Под действием света перенос Н+ в полость тилакоидовсопровождается переносом в строму Mg2+, который являетсяактиватором карбоксилазы.944. БИОСИНТЕЗ ПОЛИСАХАРИДОВИ ПРЕДШЕСТВЕННИКОВ МАКРОМОЛЕКУЛ4.1. Биосинтез олиго- и полисахаридовНесмотря на то, что фосфоролиз гликогена, катализируемыйгликоген-фосфорилазой легко обратим (∆ G0’= – 2,1 кДж / моль),синтез гликогена in vivo происходит другим путем.
Распад и синтезгликогена как пример сложного каскадного механизма регуляции сучастием гормонов будут рассмотрены ниже. Общий принципбиосинтеза олиго- и полимерных сахаров (образованиегликозидных связей) заключается в том, что донором глюкозильнойгруппы является активированная форма глюкозы (или галактозы) –нуклеозиддифосфатглюкоза, синтез UDP-глюкозы представленниже.CH 2OHHHOHO HOHHOOHO-PO-OH+OOO-O P O P O P O-O-O-OUrdуридинтрифосфат(UTP)глюкозо-1- фосфатUDP- глюкозо–пирофосфорилазаPPіCH 2OHHO HHOHOHHOOHOHPOOO-PO-OUrdуридиндифосфатглюкоза(UDP-глюкоза)Сахароза синтезируется путем переноса глюкозы отUDP-глюкозы на фруктозу, а лактоза переносом галактозы отUDP-галактозы на глюкозу:94CH 2OHHOHHOOOO-OHHOPHHOCH 2 OO HHOHP+UrdOO-HHOHOHHOCH 2OHфруктозаUDP- глюкозаСахарозосинтазаCH 2OHHHOHO HHHOOOHHHHOCH 2 OHHOHOHOCH 2OH+-OOP O P O-O-OUrdUDPсахарозаПредставляют интерес взаимопревращения моносахаридов науровне производных UDP.
UDP-галактоза образуется из глюкозы –конфигурация ОН-группы у С-4 инвертируется UDP-глюкозо-4эпимеразой, содержащей NAD+:OHHNAD++C <4NADH + H++OC<4C < 4 + NAD +HOHБиосинтез α-(1→4)-глюканов гликогена и амилозы, протекает пореакции, представленной ниже для гликогена (для синтеза амилозыкрахмала) используется активированный мономер – АDP-глюкоза:95CH 2 OHHHHOHHOCH 2 OHO HOOHHOOP OO-PHOУридин+HOO-CH 2 OHO HHOHHHO HHOHHHOHOOHHORгликоген(n остатков)UDP-глюкозагликогенсинтазаCH 2 OHHHOHOHHHHO HOHHHOHOHOHCH 2 OHCH 2 OHO HHHOHO HHOгликоген(n + 1 остатков)ORH+OHOO-O P O P O-O-OУридинUDP4.2. Биосинтез жирных кислот и липидовСинтез жирных кислот в цитозоле осуществляется реакциями,отличными от реакций их окисления, и начинается скарбоксилирования ацетил-СоА.
Эта необратимая реакция являетсярешающим этапом в синтезе жирных кислот. Синтез малонил-СоАкатализируетсяацетил-СоА-карбоксилазой,содержащейпростетическую группу – биотин, и протекает в две стадии, вкаждой из которых участвует одна из трех специфическихсубъединиц фермента.Суммарная реакции карбоксилирования:OCoA + ATP + HCO3ацетил-СoAH3CC~Sацетил-CoA–карбоксилаза O-O96OCCH2C~Sмалонил-СoACoA + ADP + P.I + H+Строение ацетил-CoA–карбоксилазы представлено в таблице.ПерваясубъединицаКарбоксибиотинпереносящийбелокВтораясубъединицаБиотинкарбоксилазаТретьясубъединицаТранскарбоксилазаНиже описан механизм реакции карбоксилирования.1.Карбоксилирование биотинаБиотин–фермент + АТP + HCO3биотинкарбоксилаза_CO2 ~Биотин–фермент + ADP + Pi .2.Перенос активированного СO2 на ацетил-CoA:CO2 ~ Биотин–фермент + Ацетил-CoAтранскарбоксилазаМалонил-CoA + Биотин–фермент.Промежуточныепродуктысинтезажирныхкислотприсоединены к ацилпереносящему белку (АСР, Acyl CarrierProtein).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
