Фотосинтез С3 и С4 растений механизмы и регуляция - Эдвардс Дж.
Скачать (прямая ссылка):
ADP
Рис. 9.13. Холостой цикл функционирования фруктозо-6-фосфаткииазы и фруктозо-1,6-бисфосфатазы.
¦фруктозо-1,6-бисфосфатазы в одном и том же хлоропласте цикл ¦будет совершенно бесполезным (рис. 9.13).] В других случаях смысл регуляции менее ясен. Телеология (т. е. тенденция исследователя во всем усматривать смысл) еще бытует в науке (см. Krebs, 1954), но вряд ли следует полагать, что каждая потенциальная регуляторная реакция предоставляет организму какое-то преимущество. Не удивительно, что ферменты ВПФ-цикла проявляют высокую активность при тех значениях pH, концентрациях ионов магния и уровнях окислительно-восстановительного потенциала, которые характерны для стромы освещенного хлоропласта. Не исключено, однако, что снижение каталитической .активности этих ферментов в результате изменений, происходящих в строме хлоропластов в темноте, дает какой-то выигрыш. Вместе с тем отсюда [еще не следует, что некоторые из этих ответных реакций являются неотъемлемыми компонентами фотосинтеза.
Ряд дополнительных вопросов, связанных с регуляцией ассимиляции углерода при фотосинтезе С^растений, мы рассмотрим в гл. 12.
'9.9. Роль адениновых нуклеотидов в регуляции
В разд. 7.13 и 9.7 мы обращали внимание иа то, каким образом хлоропласты (.«понимают», что они находятся в среде с низкой концентрацией неорганического фосфата. Было высказано предположение, что один или несколько фотосинтетических процессов регулируются адениновыми нуклеотидами, может быть, при помощи энергетического заряда, действия масс или отношения l[ATP]/[ADP]. Действительно, контроль подобного рода вполне возможен, если в какой-то момент общее содержание свободного неорганического фосфата внутри хлоропласта надает гораздо ниже того уровня, который необходим для превращения всех имеющихся молекул АМР и ADP в АТР. Для того чтобы подтвердить это предположение, необходимо провести точные измерения адениновых нуклеотидов, что иа первый взгляд кажется вполне выполнимым благодаря современному уровню исследований. Однако следует отдавать себе отчет в том, что изменения в состоянии адениновых нуклеотидов могут
Т
В|)(!МЛ,МИН
Рис. 9.14. Кинетика выделения кислорода и изменения концентрации адеии-новых нуклеотидов в реконструированной системе хлоропластов, подвергнутых осмотическому шоку. К конечному объему 1 мл, содержащему 100 мкг хлоропластов, были добавлены ферредоксин (55 мкг) NADP (0,1 мкмоль) и ADP (0,3 мкмоль), а также ДТТ, MgCl2, бикарбонат и т. д. [30]. Затем добавляли рибозо-5-фосфат (0,2 мМ) и З-фосфоглицериновую кислоту (0,2 мМ), как указано на рисунке. Выделение кислорода (штриховая линия) измеряли полярографическим методом. Через определенные промежутки времени отбирали пробы (5 мкл) и в люциферин-люциферазиой реакции исследовали в них содержание АТР (темные кружки) и ADP (светлые кружки) при помощи люмииометра LKB. Содержание АТР измеряли сразу, a ADP после его превращения в АТР под действием пируваткиназы, добавленной вместе с ФЕП. Концентрации рассчитывали по калибровочной кривой, которую строили с помощью проб с известным количеством АТР. С—свет, Т —-темнота.
быть неуловимо малы. Например, хлоропласт, который связывает С02 со скоростью 100 мкмоль-(мг Хл)-1^-1, должен синтезировать и использовап» АТР со скоростью не менее 300 мкмоль-(мг Хл)-1-ч-1. Учитывая тот факт, что общая концентрация адениновых нуклеотидов составляет около 0,8 мМ, скорость превращения AMP, ADP и АТР должна быть очень высокой, а изменения стационарных величий могут быть весьма небольшими, но имеющими важные последствия. Картина становится еще более сложной, .если вспомнить, что присутствие NADP+ и ADP способно оказать значительное влияние на ха-
рактер и скорость, транспорта электронов. Тем не менее, как показали опыты с реконструированной системой хлоропластов, которые Хоуп, Карвер и Уокер провели недавно в Шеффилде, изменения, вызываемые адеииновыми нуклеотидами, согласуются с предположениями, высказанными в разд. 9.6. На рис. 9.14 видно, что сначала происходит быстрое выделение 02, причем ¦стехиометрия процесса согласуется с восстановлением добавленного NADP+. После этого нециклический транспорт электронов прекращается из-за недостатка окислителя до тех пор, пока добавление ФГК не вызовет регенерацию NADP+ из NADPH. Затем восстановление ФГК да связанное с ним выделение 02 останавливают добавлением Ру5Ф, который взаимодействует с АТР (разд. 9.6). Спустя короткий промежуток времени выделение 02 возобновляется, после чего оно .прекращается в темноте (Т) и опять начинается в результате включения света (С). Как мы сейчас увидим, соотношения аденииовых нуклеотидов ;и их изменения можно в основном предсказать. Некоторое количество АТР и АМР (концентрацию АМР в данном опыте ,не определяли) образуется в темноте, так как присутствующая аденилат-киназа (миокиназа) катализирует превращение 2ADP—vATP-|-+АМР. Свет вызывает быстрый рост содержания АТР и падение концентрации ADP, причем эти процессы вскоре замедляются по мере того, как восстанавливается весь добавленный MADP, а нециклический транспорт электронов заменяется циклическим (или псевдоциклическим) транспортом. Как и следовало ожидать, добавление ФГК на короткое время опять меняет ситуацию, поскольку при этом представляется дополнительное количество ADP и NADP, но теперь на каждую молекулу выделяющегося кислорода требуются две молекулы АТР;
