Биологический каталог




Структура и функции мембран

Автор В.К.Рыбальченко, М.М.Коганов

двига рН в суспензии хлоропластов. 4. Какими физико-химическими процессами объясняется подщелачивание реакционной среды суспензии хлоропластов при действии серии световых вспышек? 3.8. БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩИЙ ПОТЕНЦИОСТАТИЧЕСКИЙ МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДИНАМИКИ

КИСЛОРОДНОГО ОБМЕНА В СУСПЕНЗИИ ХЛОРОПЛАСТОВ

Одним из основных продуктов фотосинтеза является молекулярный кислород, который выделяется на внутренней поверхности тилакоидных мембран в результате окисления воды реакционными центрами фотосистемы II и последующей рекомбинации ОН-радикалов:

Прогресс знаний в области изучения механизмов кислородного обмена в хлоропластах во многом связан с развитием новых экспериментальных методов, позволяющих изучать динамику процессов выделения кислорода под действием коротких световых импульсов. Было показано (Уит-тингем, 1958; Браун, 1958), что для выделения молекулярного кислорода хлоропластами необходим световой импульс длительностью ^5 мс. В том случае, если длительность вспышки меньше 5 мс, выделение кислорода наблюдается только после действия четырех световых импульсов. Эти данные позволили выделить ряд промежуточных этапов последовательного накопления энергии в кислородовыделя-ющей системе хлоропластов. Согласно наиболее распространенной схеме Кока, существует четыре промежуточных состояния, причем формальная схема их последовательного образования следующая:

Однако для изучения динамики процессов кислородного обмена в хлоропласте и их регуляции важно не только исследование действия коротких вспышек, но и изучение действия одиночного светового импульса, индуцирующего полный комплекс реакций образования молекулярного кислорода. В этом случае регистрация выделения кислорода хлоропластами в широком диапазоне времени позволит получить информацию о сравнительно медленных реакциях трансмембранного переноса кислорода из внутритилакоид-ного пространства в реакционную среду и о регуляции процессов кислородного обмена.

Для определения кислорода, образующегося при фото-

Н20 + П680+-+ОН +Н+ + П680 40Н*-»-2Н20 + 02

(54)

4Н20 + 4П680+ 02 + 4Н+ + 4П680 + 2Н20

.1 (55)

02 + 4Н+/\ 2Н20 синтезе, применяется целый ряд биологических, химических и физико-химических методов, подробный обзор которых сделан в работе О. Хита (1972). Так как биологические и химические методы, как правило, не позволяют осуществлять непрерывную запись процесса выделения кислорода, мы ограничимся рассмотрением тех физико-химических методов, которые наиболее пригодны для кинетических исследований.

В 1937 г. М. В. Хилл разработал оригинальный метод измерения кислорода, выделяемого изолированными хлоропластами. Суспензию хлоропластов смешивают в темноте с гемоглобином и помещают в трубку Тунберга. Затем под вакуумом удаляют находящийся в растворе кислород и освещают препарат. Кислород, выделяющийся в ходе фотосинтетических процессов, вступает в реакцию с гемоглобином. Образование оксигемоглобина, которое сопровождается изменением спектральных характеристик раствора, прослеживают спектрометрически. Метод обладает хорошим быстродействием, но он наиболее чувствителен к изменениям парциального давления кислорода в сравнительно узком диапазоне — от 2,66 до 40 кПа (2—30 мм рт. ст.). Недостаток метода заключается также в том, что помимо изменения спектральных характеристик гемоглобина в ходе реакции образования оксигемоглобина освещение суспензии существенно влияет на оптические параметры самих хлоропластов. Это может исказить данные экспериментов. Кроме того, гемоглобин, адсорбируясь на мембранах хлоропластов, несколько изменяет кинетику процессов выделения кислорода.

Весьма совершенным методом определения кислорода является масс-спектрометрия. В масс-спектрометре положительно заряженные ионы смеси газов, образуемые при бомбардировке электронами, ускоряются в электрическом поле и собираются в пучок, который затем, отклоняясь в магнитном поле, разделяется на отдельные компоненты в зависимости от их массы. Для магнитного поля определенной напряженности величина отклонения зависит от скорости, массы и заряда иона; более легкие частицы двигаются быстрее и отклоняются больше. Изменяя ускоряющее напряжение, можно любой требуемый компонент направить на коллектор ионов. Ионный ток пропорционален скорости образования выбранных ионов и, следовательно, парциальному давлению соответствующего газа, например кислорода.

Метод развертки дает возможность использовать масс-спектрометр для измерения и автоматической регистра-

7 741 ции за короткие интервалы времени парциальных давлений ряда компонентов газовой смеси. Анализируемый газ поступает в масс-спектрометр по очень тонкому капилляру, так что достаточное для анализа количество газа может быть крайне невелико. Главное неудобство масс-спектро-метрического метода в тех случаях, когда кинетическое исследование проводят на суспензиях хлоропластов, состоит в том, что он требует отбора газовых проб. Если пробы отбираются из газовой фазы над суспензией хлоропластов, то диффузионный барьер на границе раздела жидкость — воздух увеличивает время ответа системы, а при таких условиях трудно изучать быстрые изменения концентрации кислорода в суспензии при освещении.

Для измерения концентрации кислорода в суспензиях хлоропластов в последние годы все чаще используется метод полярографического анализа (Гейровский, 1922). Этот метод заключается в проведении электролиза исследуемого раствора в электрохимической ячейке и основан на интерпретации зависимости между силой тока, характеризующей скорость электрохимического процесса, и потенциалом электрода или приложенным напряжением.

Полярограф состоит из электролитического сосуда с катодом в виде падающей ртутной капли; поверхность такого ртутного электрода поддерживается чистой благодаря постоянному обновлению. Катод поляризуется при постепенном увеличении напряжения и притягивает положительные ионы (в данном случае Н+), которые блокируют его и препятствуют сколько-нибудь заметному увеличению тока. По достижении некоторого крити

страница 67
< К СПИСКУ КНИГ > 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109

Скачать книгу "Структура и функции мембран" (2.22Mb)


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]  [обратная связь]

п»ї
Rambler's Top100 Химический каталог

Copyright © 2009
(21.11.2019)