Биологический каталог




Основы биохимии. Том 2

Автор А.Уайт, Ф.Хендлер, Э.Смит, Р.Хилл, И.Леман

жение так называемой реакции Хилла. Оказалось, что при освещении хлоропластов происходит восстановление искусственных акцепторов, таких, как хиноны, ферроцианид или метгемоглобин, что сопровождается выделением 02 и осуществляется без участия С02 или пиридинну-клеотидов. Фактически наблюдение Хилла было одним из самых ранних указаний на то, что восстановление С02 не обязательно должно быть связано с механизмом выделения 02. Суммарный процесс таков:

hv

2Н20 4- 2 хинон ->- 02 4- 2 гидрохинон

С метгемоглобином (ферригемоглобином) в качестве акцептора удалось показать, что на каждую выделенную молекулу 02, восстанавливаются четыре молекулы метгемоглобина. Вместе с тем, когда водоросли, обладающие гидрогеназной активностью, обрабатывают гербицидом дихлорфенилдиметилмочевиной (ДХММ),

12*

716

III. МЕТАБОЛИЗМ

система 11

1000

???

600

400

to

5

^ 200

-200

-400

-60Ql-

\ система I

Г700

/--

пластоцианин

цитохром c552 (FeS)-4eHmp

цитохром 6S59 цитохром 6S64

/ \

пластохиноны ппастохитоны

/

fCs50)

„фосфобоксин

\ \ \ \

FRS

NADP флавопротеиЭ ферр?йоксин

(FeS)-i^ennip

Рис. 16.14. Ориентировочная схема переноса электронов в фотосинтетической единице растений. Стрелки показывают направление потока электронов; штриховые стрелки — путь электрона во время циклического фосфорилирования. FRS — вещество, редуцирующее ферредоксин. Детали см. в тексте.

они перестают выделять 02 на свету, но в присутствии Н2 фиксируют С02, откуда следует, что сам по себе этап выделения 02 необязателен для конечного химического процесса.

Теперь уже не вызывает сомнений, что фотосинтетический аппарат водорослей и хлоропластов всех высших растений действительно построен так, как это схематически представлено на рис. 16.13: 02 продуцируется, a NADP+ восстанавливается так, как это указано; синтез АТР совершается в сопряжении с этими согласованными переносами электронов, и система не утратила также своей древнейшей способности к осуществлению циклического фосфорилирования. Детали этой схемы в той форме, в какой они сейчас представляются, показаны на рис. 16.14.

16. МЕТАБОЛИЗМ УГЛЕВОДОВ. Ill

717

16.4.1.1. Фотосинтетические реакционные центры в хлоропластах

Концепция двух различных реакционных центров впервые была сформулирована на основании того факта, что свет с длиной волны >700 нм более не выступает в качестве движущего фактора фотосинтеза, в то время как свет при 700 и 680 нм, даваемый одновременно или поочередно, оказался значительно более эффективным, чем сумма результатов действия каждого из них в отдельности (эффект стимуляции). В пределах каждой фотосинтетической единицы имеется одна молекула хлорофилла а, который неотличим химически путем простых процедур извлечения, но который, будучи в своей естественной среде, может быть обесцвечен светом с длиной волны 700 нм (максимум поглощения хлорофилла а находится при ~683 нм) и тогда проявляется, судя по сигналу ЭПР, как свободный радикал. Далее, эта молекула хлорофилла уникальна в том отношении, что она не может быть превращена в феофитин путем продолжительной экспозиции на свету, а также не может быть окислена хлориридатом. Путем титрования фер-рицианидом показано, что для этого хлорофилла Е'0 = 0,47 В. Этот «пигмент», обозначаемый как Р700, и является фотореакционным центром системы I. Особые свойства хлорофилла Р700 определяются не отличиями его химической структуры от других молекул хлорофилла а, а тем фактом, что он располагается в непосредственной близости от специфических молекул (не хлорофилла а), которые, будучи фотоактивированными, служат в качестве доноров и акцепторов электрона. Были получены препараты, содержащие одну молекулу Р700 на всего лишь 30 молекул хлорофилла а, но до сего времени не изолирован очищенный препарат, по своим свойствам аналогичный бактериальному центру фотореакции. Комплекс I, хлорофилл-а-белок (разд. 16.3.2), несомненно, является светособирающей формой хлорофилла для этого реакционного центра.

Еще нет возможности для описания фотоцентра системы II с помощью физических понятий. Предполагают, что комплекс II, включающий хлорофиллы а, Ь и белок, служит светособирающим устройством в фотоцентре II; здесь, как и в центре I, каротиноиды выполняют вспомогательную роль. Для выделения 02 каким-то образом необходимо наличие марганецсодержащего белка и О-. В настоящее время неизвестна ни природа хлорофилла, входящего в центр II, ни природа компонентов его непосредственного окружения.

16.4.1.2. Элентронпереносящие цепи

На рис. 16.14 суммированы современные представления об электронпереносящих цепях фотосинтетического аппарата. Все участвующие молекулы либо прочно вмонтированы в тилакоидную

718

III. МЕТАБОЛИЗМ

мембрану, либо слабо с ней связаны. Только аденин- и пириднн-нуклеотиды растворены в жидкости стромы, обладая свободой связывания с теми ферментами, с которыми они реагируют, и соответственно свободой диссоциации из этих соединений. Для удобства изложения эту систему электронного транспорта можно рассмотреть как построенную из четырех сегментов: тех, которые направлены к каждому из реакционных центров, и тех, которые ведут от него.

Система II. Наименее изученный аспект фотосинтеза — это выделение 02. Обычно приводимое значение E'Q для этого четырех-электронного окисления Н20 активированным хлорофиллом а на самом деле слагается из неодинаковых величин для каждой из четырех одноэлектронных стадий. Поскольку не было найдено ин-термедиатов, можно полагать, что две молекулы Н20 или два ОН~-иона связываются в реакционном центре и покидают его только как 02 аналогично тому, как этот происходит при восстановлении 02 цитохромоксидазой. Хлорофилл не обязательно непосредственно окисляет воду, но никакой иной агент не был обнаружен в качестве участника этого процесса. На основании одного из исследований системы II, подвергнутой действию коротких лазерных вспышек, предположили, что непосредственным восстановителем Радо может служить цитохром ?>559 и что кислород выделяется в процессе восстановления цитохрома 6559. Учитывая значения окислительно-восстановительных потенциалов цитохромов Ь, это предположение трудно принять. Нет уверенности и в отношении природы непосредственного акцептора электронов от хлорофилла в этом реакционном центре. Полагают, что вещество, обозначаемое Q (потому что оно вызывает гашение флуоресценции фотоактивного центра), располагается в непосредственной близости. Поскольку на это вещество влияет свет с длиной волны 550 нм, его также называют цитохром с550, хотя оно не относится к цитохромам. Последние данные свидетельствуют о том, что этот компонент может представлять собой прочно связанную молекулу пластохинона; экспериментальные значения Е'0 для этого акцептора варьируют от —300 до —125 мВ. Практически не вызывает сомнений, что этот акцептор может вновь окисляться хиноновым пулом, главным образом пластохиноном, хотя возможно существование промежуточного переносчика электронов. Ряд наблюдений убедительно показывает, что образование АТР происходит в связи с общим процессом

е е

ОН- -*¦ Chl ->¦ пластохинон

hv hv

Восстановление пластохинона блокируется ДХММ, который предотвращает также сопряженное образование АТР, но не реакцию Хилла, т. е. фотосинтетическое восстановление феррицианида, со-

16. МЕТАБОЛИЗМ УГЛЕВОДОВ. Ill

719

О

R. R2 R3 ?

убихиноны сн3о- сн3о- СН3 6-10

гшастохиноны сн3- СН3- ? 6-10

витамины К н н СНз 4-9

Рис. 16.15. Структура некоторых хинонов, найденных в хлоропластах. Строение убихинонов и пластохинонов показано выше; витамины К относятся к нафтохи-

нонам (гл. 51).

пряженное с выделением 02. Если синтез АТР происходит на этом отрезке общего процесса, то, по-видимому, можно было бы следующим образом описать процесс в целом:

ДХММ

ОН- ——> СЫ - > Q —-—i* ? * > лластохинон ——«система I

}' ADP АТР

Fe(CN)63-

Система II до Р700- Электроны от системы II попадают в цепь, напоминающую митохондриальную, а именно от хинона к цито-хрому Ь, от него к цитохрому с и затем к купропротеиду и терминальному акцептору. Из пула имеющихся пластохинонов основная масса может быть экстрагирована без повреждения системы. По-видимому, требуется по крайней мере по одной молекуле пластохинонов А и С. Эти молекулы находятся в равновесии с более крупными пулами хинонов, которые представлены на рис. 16.15. Восстановленный хннон в свою очередь восстанавливает цитохром fc-типа, а именно цитохром 6559. Последний, будучи восстановленным, также становится «активированным» аналогично тому, как это происходит с митохондриальным цитохромом Ъ. Активация может выражаться в появлении второй формы того же самого соединения; эта форма имеет слегка измененный спектр поглощения и при титровании феррицианидом — более высокий потенциал средней точки, нежели неактивнрованная форма.

По меньшей мере три различных вещества находятся на пути электрона от цитохрома Ь к окисленному хлорофиллу. Одно из

720

III. МЕТАБОЛИЗМ

них представлено высокопотенциальной формой железосеропротеи-да (?'0=290 мВ), который прочно связан с мембраной и легко восстанавливается добавленными извне гидрохинонами. Полагают, что этот компонент располагается между цитохромами Ъ и с, как в митохондриях. Второй компонент — это цитохром с-типа с максимумом поглощения при 552 нм; это вещество обязательно присутствует в фотосинтетических тканях и часто обозначается как цитохром /. Восстановление этого цитохрома блокируется антимицином А. В отличие от водорастворимого митохондриаль-ного цитохрома с цитохром с^ьч гидрофобен и включен в качестве интегрального белка в фотосинтетическую мембрану. Наконец, в хлоропластах высших растений (но не у водорослей или бактерий) имеется пластоцианин (мол. масса ~ 10400), который содержит один атом меди на молекулу; медь легко удаляется цианидом. Медь удерживается благодаря связям с имидазольными атомами азота остатков гистидина 38 и 88 и с одним непротонированным атомом азота в непдентнфнцнрованном пептидном звене. Принято с

страница 36
< 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 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126

Скачать книгу "Основы биохимии. Том 2" (8.40Mb)


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

п»ї
Rambler's Top100 Химический каталог

Copyright © 2009
(20.11.2019)