Фотосинтез С3 и С4 растений механизмы и регуляция - Эдвардс Дж.
Скачать (прямая ссылка):
Свет
'4 СО; ! •’ COj
Рис. 10.3. Типичные изменения содержания радиоактивной метки в С4-кисло-тах (малат+аспартат), ФГК и запасных продуктах (крахмал+сахароза) у Са- и С4-растений в опыте с разбавлением импульсной метки. Другие продукты, например триозо- и гексозофосфаты, иа рисунке не представлены (Chen et al., 1971; Galmiche, 1973; Hatch, Osmond, 1976).
пробы листьев. Листья фиксировали (например, в кипящем этаноле или в жидком азоте) и затем при помощи хроматографии анализировали состав 14С-продуктов. Эксперименты подобного рода, в которых общее количество включенной радиоактивности во время разбавления метки не меняется, позволяют выявлять самые ранние из первичных продуктов фотосинтеза и 'их дальнейшие превращения. Как видно из рис. 10,3, начальными продуктами фотосинтеза у С4-растений оказались малат и аспартат. После переноса в атмосферу 12СОг содержание радиоактивной метки в аспартате и малате уменьшается, а количество метки, включенной в ФГК, сахарозу и крахмал, возрастает. Большая часть включенной радиоактивности обнаруживается в С-4-поло-жении малата, а в ходе разбавления метки сначала больше всего метится С-1-атом ФГК- Опыты такого рода позволили Хэтчу и Слэку получить первые доказательства, что у С^растений углерод С4-кислот быстро переходит в другие соединения и что Q-кислоты не являются конечными продуктами.
В отличие от С/грастений, у которых первичные продукты фотосинтеза представлены малатом и аспартатом, у Сз-растений начальным продуктом фиксации СО2 является ФГК. При сходной с представленной на рис. 10.3 постановке опыта по мере разбавления импульсной метки радиоактивность ФГК убывает, а радиоактивность сахарозы и крахмала возрастает, Такое поведение метки наблюдалось и в более ранних исследованиях фотосинтетического метаболизма углерода; в настоящее время оно рассматривается как типичное для Сз-растений.
Чтобы быть уверенным в достоверности данных, отражающих метаболические превращения в процессе фотосинтеза in vivo, исследователи должны правильно ставить эксперименты подобного рода, Здесь прежде всего следует упомянуть такие факторы, как равноценное освещение, внесение 14С02 только в условиях равновесного состояния фотосинтеза и поддержание относительно низкой суммарной концентрации СО2 во время импульсного включения метки (т. е. \не более 0,04—0,05% уже после добавления меченой СО2 с высокой удельной активностью к атмосферной СОг, концентрация которой в воздухе составляет ¦—¦ 0,03 %). Отклонения от этой общей процедуры могут иметь определенный интерес, однако полученные данные следует интерпретировать только исходя из нормальных условий окружающей среды.
.Начальными продуктами С4-фотосиитеза обычно принято считать й малат, и аспартат. Оксалоацетат рассматривают как самый ранний, но не самый главный продукт включения метки, Даже при минимально возможном времени включения (~1 с). Если в некоей последовательности реакций образуется продукт, содержание которого относительно мало по сравнению с количе-
ством других продуктов того же пути, то выявить его довольно трудно. Именно это наблюдается, по-видимому, в случае окса-лоацетата у С4-Растений.
Рассмотрим последовательность реакций А+СО2—>-В—»-С. Если содержание вещества В очень мало по сравнению с содержанием вещества С, то в состав В войдет относительно малая доля включенных импульсов (общее число включенных импульсов равно произведению удельной радиоактивности и общего содержания вещества). Однако при максимально коротком времени инкубации с 14СОг удельная радиоактивность исходного продукта (число имп./мин, приходящихся иа 1 мкмоль радиоактивного вещества) будет наивысшей. После кратковременной (менее 1 с) инкубации листьев Q-растений в атмосфере 14С02 и мгновенной фиксации радиоактивность оксалоацетата крайне мала, а радиоактивность аспартата и малата очень высока. Это говорит о том, что содержание меченого оксалоацетата очень мало, а скорость его круговорота очень велика.
Если во время равновесного стационарного фотосинтеза при близком к атмосферному уровне СО^ (0,03%) в Q-растения внезапно ввести импульсную метку (по концентрацию 14СО? сделать в 10 раз больше) и через несколько секунд определить состав исходных продуктов, то 50—60% метки обнаруживается в оксалоацетате (Huber, Edwards, 1975). Скорее всего, внезапное увеличение уровня субстрата при равновесных условиях приводит к временному увеличению метки в конечном продукте даже в том случае, когда содержание последнего в нормальных условиях невелико.
Ко всему прочему оксалоацетат неустойчив и декарбоксили-руется за счет неферментативных реакций с образованием пирувата и СОг, особенно в присутствии двухвалентных катионов и при повышенной температуре. Этим можно объяснить относительно низкое содержание оксалоацетата в биологических системах. При фиксации растительного материала после включения иС02 необходимо создать такие условия, которые бы способствовали сохранению оксалоацетата, например обработать его дииитрофенилгидразином, чтобы получить стабильное производное фенилгидразона. Иначе в результате неферментативного декарбоксилирования оксалоацетата, особенно, в том случае, когда метка находится в С-4-положении, 14С полностью исчезнет из этого соединения.
