Фотосинтез С3 и С4 растений механизмы и регуляция - Эдвардс Дж.
Скачать (прямая ссылка):
Рис. 15.5. Темновое закисленис в листьях (кривая I) стимулируется СОг при повышении ее концентрации примерно до 3% и затем постепенно подавляется. ФЕП-карбоксилаза (кривая II) тоже ингибируется при высокой [СОг], в то время как карбоксилнрование пирувата, которое катализирует фермент Очоа (кривая III) очень незначительно при низкой [СОг] н достигает максимума по мере того, как темновое закислеиие сводится к нулю. Все. данные получены для Kalanchoe (или экстрактов из Kalanchoe) в лаборатории Томаса в Ньюкасле {Wolf, 1960).
сродстве этого фермента к бикарбонату. Выше уже упоминалось о том, что в декарбоксклировашш могут участвовать ма-латдегндрогеназа или ФЕП-карбоксикиназа (разд. 15.4). Данные Вольфа, который обнаружил, что поглощение кислорода возрастает, а КГО (коэффициент газообмена) снижается после введения пирувата (либо во время закнелеиия, либо во время раскисления) в кусочки листьев Bryophyllum calycinum, можно в некотором смысле объяснить наличием пируват,фосфат — ди-кииазы. Поскольку при окислении пирувата образование С02 должно стимулироваться в большей степени, чем поглощение О2, некоторые исследователи утверждают, что пируват влияет на какой-то другой процесс и что наиболее вероятной из имеющихся возможностей является его использование для образования малата. Первым этапом глюкоиеогенеза считается вовлечение пирувата в пируват,фосфат ¦—дикнназную реакцию, однако вполне возможно, что образующийся из пирувата ФЕП тотчас же потребляется для синтеза малата в том случае, когда нарушена нормальная компартментация процессов обмена веществ или когда в результате поступления веществ снаружи через поврежденную поверхность среза устраняется нормальный регуляторный контроль. Следует, однако, иметь в виду, что дикиназа относится к числу тех ферментов, которые активируются светом, и поэтому кажется маловероятным, чтобы она эффективно функционировала в темноте.
Источники данных: [7, 9, 11, 55, 62, 66—70].
15.8. Гипотеза двойного карбоксилирования
Включение 14СС>2 в ходе ФЕП-карбоксилазной реакции приводит к тому, что образуются малат и аспартат, специфически меченные в С-4-положении (p-карбоксильная группа). ФЕП-карбоксилазу 'иногда называют p-карбокоилазой, потому что С02, входящая в состав продукта, появляется в (З-положении, т. е. у С-З-атома, если нумерацию атомов углерода вести от уже имеющейся карбоксильной группы субстрата; обозначение атомов углерода греческими буквами начинают с С-2 и, таким образом, указывают «а положение того или иного атома углерода по отношению к С-1-атому:
HOOC-CO-CIL-COOH
12 3 4
Установлено, однако, что у растений и малат, и аспартат метятся по обеим карбоксильным группам. При этом независимо от условий включения и продолжительности инкубации с ИС метка распределяется между С-1 и С-4 примерно в соотношении 1/3 : 2/3. Существует множество путей, по которым углерод, сначала включившийся в С-4-положепие, затем может быть перенесен в положение С-1. Так, иапример, фумарат является симметричной молекулой, и взаимопревращение малата и фумарата, которому способствует фумараза, может приводить к рандомизации метки.
О такой возможности обычно говорили, но практически ею пренебрегали и отбрасывали из-за того, что соотношение Сi/C4 было постоянно. В более поздних работах было установлено, что использование для определения внутримолекулярного распределения радиоактивности Lactobacillus plantarum ненадежно. Во многих опытах реально наблюдали предпочтительное включение метки в С-4-положеиие, как это н следует из предположения о р-карбоксилироваигн. Однако постоянство соотношения метки необходимо было приемлемо объяснить, в связи с чем Рейсом, Бредбир и Стиллер выдвинули гипотезу о двойном карбоксилировании. Согласно той схеме, которую они предложили, несколько видоизмененный пеитозофосфатный цикл функционировал таким образом, что рибулозобпсфосфат образовывался и карбоксилировался в темноте. В присутствии 14СОг по этой схеме образовывались две молекулы ФГК, одна из них была меченой, а вторая — нет ’[уравнение (6.15)]. После того как эти молекулы превращались в ФЕП, они снова карбокси-лировалнсь, так что в конечном итоге в одной из них атом ИС •;Входил в состав обеих карбоксильных групп, а в другой — только в одну из них (р-карбокс.ил). Одним словом, наблюдаемое распределение метки должно было быть результатом появле-
ния молекул малата, меченных по обеим карбоксильным группам, а не следствием того, что образуется смесь молекул, меченных только по С-1- или только по С-4-атому углерода.
Это предположение не получило никакой поддержки от Сэттона и Осмонда, равно как и от Клюге и др., которые стимулировали включение 14С в малат, вводя ФЕП и ФГК в среды для листьев Bryophyllum, но не обнаружили никаких изменений в распределении метки внутри молекулы малата. В конце концов Кокберн и Мак-Оли правели очень изящный и строгий эксперимент, использовав для этой цели масс-спектрограф' и 13С. Этот метод позволил им взвесить интересующие их молекулы и вполне определенно показать, что ни у одной из них нет лишней массы, которая должна была бы появиться, если бы в одной и той же молекуле малата были два атома 13С. Поэтому гипотеза двойного карбоксилирования была отброшена и забыта, хотя до сих пор остается загадкой, почему -—- 2/3 метки постоянно обнаруживают в С-4-положении малата.
