Фотосинтез С3 и С4 растений механизмы и регуляция - Эдвардс Дж.
Скачать (прямая ссылка):
Оксалоацетат --v Пируват С02 (15.1)
некоторые исследователи пришли к неправильному выводу о том, что указанные выше данные можно объяснить обращением этой реакции. При этом они совершенно игнорировали тот факт, что равновесие реакции смещено в другую сторону и не благоприятствует карбоксилированию пирува-
та, так как AF'o' + Q ккал. Теоретически эту трудность можно преодолеть, если связать данную реакцию с другой, очень благоприятной для нее реакцией, например катализируемой малатде-гидрогеназой:
Пируват + С02 ------->- Оксалоацетат (15.1)
Оксалоацетат -|- NADH Ы+-э- Малат -\- NAD+ (15.2)
И на самом деле Герберту удалось продемонстрировать включение некоторого количества меченой С02 в присутствии подходящей смеси ферментов. Однако скорость включения была несоразмерно мала, и стало ясно: для того чтобы такая сопряженная система хорошо функционировала, она должна полностью удовлетворять всем кинетическим, а также термодинамическим критериям.
Если равновесие неблагосфиятиой реакции А^=^В нужно сместить вправо за счет ее сопряжения с реакцией В;—^С, я суммарная последовательность реакций должна катализироваться двумя ферментами, то существенно, чтобы второй из них
имел очень высокое сродство к конечному продукту (В) первой
реакции. Если дело обстоит иначе, катализ второй стадии будет •осуществляться настолько медленно (в присутствии ничтожно малого количества субстрата, образуемого иа первой стадии), что окончательное равновесие в суммарной системе не будет достигнуто в разумный промежуток времени. Поскольку сначала исследователи недооценили эти аспекты проблемы и поэтому потерпели неудачу, карбоксилироваиие пирувата заслужило сомнительную славу называться не реакцией Вуда и Веркмаиа (the Wood and Werkmann reaction), а «реакцией человека, который не желал бы работать» («the wouldn’t work man» reaction; игра слов, основанная иа созвучии этой фразы с фамилиями людей, описавших реакцию). Эта шутка подорвала-таки репутацию первооткрывателей дайной реакции, которые никогда не сомневались в том, что настоящий механизм еще предстоит охарактеризовать. У высших растений эту проблему решили Бандурски и Грейнер, выделившие ФЕП-карбоксилазу из шпината. Они открыли реакцию, для которой впервые выполнялись благоприятное положение равновесия и катализ ферментом, обладающим высоким сродством к С02. И только тогда все поняли, что реакция Вуда и Веркмана является реальностью.
Источники данных: [8, 11, 27, 30, 78].
15.4. Путь углерода у САМ-растений
По современным представлениям, деградация крахмала и образующихся при этом сахаров и их производных (которые, в конечном итоге, превращаются в триозофосфаты) у САМ-рас-
тений идет точно так же, как и у всех остальных растений, т. е. по пути Эмбдена — Мейергофа — Парнаса (или, иначе, гликолиза) и окислительного пентозофосфатного цикла. Последний из этих двух путей может вносить свой вклад в окисление углеводов и без двойного карбоксилирования, существование которого предполагали вначале (разд. 15.8). Значительная часть образующегося при этом фосфоеиолпирувата превращается далее в малат в результате совместного действия ФЕП-карбоксилазы и малатдегидрогеназы:
ФЕП С02 -f- Н20 ----->- Оксалоацетат Р; (15.3)
Оксалоацетат-|-NADH + Н+------*- Малат + NAD+ (15.2)
Все эти события происходят в темноте, и именно ими объясняется фиксация С02, закисление и последующее изменение вкуса листьев, которое наблюдал Хейн в начале прошлого века. На следующий день малат декарбоксилируется и высвобождаемая при этом С02 вновь используется в реакциях фотосинтеза. В де-карбоксилировании могут участвовать:
а) NADP-малатдегидрогенаэа (декарбоксилируютая), описанная Очоа:
Малат -|- NADP+ --->- Пируват + NADPH Н+ + С02 (1 5.4)
б) NAD-малатдегадрогеназа (декарбоксилирующая):
Малат + NAD+ ------>¦ Пируват + NADH + Н+ + СО, (1 5,5)
в) малатдегидрогеназа и ФЕП-карбоксикиназа, объединенные вместе:
Малат NAD+ ------>- Оксалоацетат 4. NADH Н+ (15.2)
Оксалоацетат АТР ------а- ФЕП + ADPС02 (15.6)
В последнем случае продуктом декарбоксилирования является ФЕП, который может либо снова ассимилироваться и превратиться в углеводы в результате обращения реакций гликолиза, либо вступить в дальнейшие превращения в цикле трикарбоно-вых кислот. Если продуктом декарбоксилирования является пируват, как в случае реакции, катализируемой малатдегидроге-иазой (декарбоксилирующей), то возникает еще один дополнительный барьер для глюконеогенеза, но его можно преодолеть за счет следующей реакции:
Пируват -|- АТР + Pi --9- ФЕП АМР РР| (15.7)
Причем пируват,фосфат—дикиназа, необходимая для протекания этой реакции, у ряда САМ-растений МДГ-типа обнаружена. Если образуется ФЕП любым из вышеупомянутых способов, то вполне очевидно возникает необходимость как-то компартмен-тализов?-гь или как-то контролировать поступление ФЕП, чтобы избежа-гь его немедленного потребления в процессе ФЕП-кар-брксилазной реакции, иначе цикл был бы бесполезным. Счита-
