Фотосинтез С3 и С4 растений механизмы и регуляция - Эдвардс Дж.
Скачать (прямая ссылка):
тов CU-цикла довольно низок и в тех листьях, функция которых не связана с С4-фотосинтезом.
Активность ферментов CU-цикла в фотосинтезирующих листьях регулируется несколькими способами. К ним относятся: световая модуляция ферментативной активности; регуляция ал-лостерических ферментов их эффекторами (разд. 12.8, в); регуляция уровнем содержания субстрата, величиной отношения NADPH/NADP+, адениловыми нуклеотидами, pH и двухвалентными катионами.
•б) Световая активация фотосинтетических ферментов
Два фермента С4-цикла, пируват, ортофосфат — дикиназа и NADP-малатдегидрогеназа, активируются, когда листья находятся на свету, и инактивируются, когда листья попадают в темноту.
Пируват --*¦ ФЕП --->¦ Оксалоацетат -?- Малат
t t 2АТР СО, NADPH-----------v NADP+
‘Степень активации ферментов зависит от интенсивности света; для полной активации необходимо сильное освещение. Чтобы максимально активировать пируват,ортофосфат — дикиназу перед ее экстракцией из клеток, Хэтч и Слэк помещали листья Сграстений на солнце или в эквивалентные условия освещения.
Полагают, что световая активация NADP-малатдегидрогеиа-зы обусловлена восстановлением дисульфидных групп этого белка. Точная природа данного восстановления не выяснена, но можно рассмотреть простейшую из возможностей. Восстановительная сила для такого превращения, вероятно, поступает из •системы нециклического переноса электронов. Восстановитель (модулятор), который образуется в терминальной части цепи нециклического переноса электронов, затем передает свои электроны на фермент (рис. 12.24).
Сходным образом за счет восстановления дисульфидных групп белка активируются на свету и NADP-малатдегидрогена-за, и ферменты ВПФ-цикла (NADP-триозофосфатдегидрогеназа, •фруктозо-1,6-бисфосфатаза, седогептулозо-1,7-бисфосфатаза и
¦фосфорибулокиназа) у Сз-растений (гл. 9). У этих растений в восстановлении дисульфидных групп, по-видимому, участвует растворимый низкомолекулярный белок, называемый тиоредок-¦сином, который в свою очередь восстанавливается ферредоксин-тиоредоксин-редуктазой. In vitro активацию можно вызывать неферментативно, восстанавливая тиоредоксин дитиотрейтолом.
Для активации пируват,ортофосфат — дикиназы необходимы
S
S
SH
SH
Нилктивн ый билок
А к гионый бил о к
Рис. 12.24. Восстановление дисульфидных групп белков.
Pi и высокомолекулярный термолабильный белок. Этот процесс ингибируется АМР и ADP. Для инактивации фермента требуется ADP. Активация in vitro может происходить и в отсутствие восстанавливающих агентов. Это свидетельствует о том, что для активации этого белка не требуется восстановления дисульфидных групп (Т. Sugiyama, М. D. Hatch, личное сообщение). In vivo активация может быть отчасти опосредована превращением АМР и ADP в АТР в хлоропластах на свету.
в) Регуляция ФЕП-карбоксилазьь
Для некоторых ферментов С4-цикла характерны другие типы регуляции. Хорошо изучены кинетические свойства и регуляция ФЕП-карбоксилазы у С4-растений. Как и для бактериального фермента, для ФЕП-карбоксилазы (^-растений характерна S-образная (сигмоидная) кинетическая кривая зависимости активности фермента от [ФЕП], т. е. она обладает аллостериче-скими свойствами, но в отличие от бактерий у растений несколько другие эффекторы этого фермента. У аллостерических ферментов метаболиты связываются ие в центре связывания субстрата, а с другими участками молекулы. Это приводит к кон-формационным изменениям белка, которые либо усиливают в случае активатора, либо ослабляют в случае ингибитора сродство фермента к одному или нескольким из его возможных субстратов. Так, например, малат и аспартат являются отрицательными эффекторами ФЕП-карбоксилазы у Q-pастений, они вызывают увеличение Км для ФЕП. Глюкозо-6-фосфат действует как аллостерический активатор, повышая сродство фермента к ФЕП (величина Км уменьшается). Эффекторы практически не-влияют на Vmax (рис. 12.25). Сильным ингибитором ФЕП-карбоксилазы у Сграстений является оксалоацетат.
S-Образная /форма кинетических кривых для какого-либо-фермента свидетельствует о том, что у него не один центр свя-
Концентрации ФЕП, мМ
Рис. 12.25. Кинетика ФЕП-карбоксилазной реакции у С4-растеиий без эффектора (контроль) и в присутствии положительного (2 мМ Г6Ф) или отрицательного (1 мМ аспартат) эффектора. Внизу справа изображен график в координатах Хилла. Обратите внимание иа то, что активность фермента ¦сильнее всего контролируется эффекторами при концентрациях субстрата, далеких от насыщающих (Huber, Edwards, 1975b).
зывания субстрата, а несколько. По мере увеличения концентрации субстрата, когда фермент {Взаимодействует более чем с -одной молекулой субстрата, взаимодействие фермента со следующей молекулой намного облегчается. Для определения степени кооперативное™ при связывании молекул субстратов используют графики Хилла [зависимость \g{v/V—v) от lgS, где v — скорость, V= Vmax, S — концентрация субстрата]. Наклон •кривой на графике Хилла (п) соответствует минимальному числу участков связывания молекул субстрата на белке (т. е. при п=2 число таких участков равно по меньшей мере двум). При .обычной кинетике Михаэлиса — Ментен п = 1.
