Фотосинтез С3 и С4 растений механизмы и регуляция - Эдвардс Дж.
Скачать (прямая ссылка):
При освещении ДрН между тилакоидным компартментом и стромой составляет около 3—3,5 единиц и может быть измерено по поглощению слабого основания. Изменения pH в суспензии тилакоидов при смене света и темноты настолько значительны, что их можно без труда зарегистрировать обычным стеклянным электродом. В слабозабуферегшой реакционной смеси, содержащей 50 мкг Хл на 1 мл, при облучении светом, интенсивность которого близка к насыщающей, быстро обнаруживается сдвиг pH на 0,2—0,3 единицы. При затемнении наблюдается медленный возврат pH к величине, близкой к начальной, и эти подъемы и падения pH в ответ на смену света и темноты могут продолжаться сколь угодно долго. Величина сдвига pH является функцией транспорта электронов. Ее можно увеличить, добавив кофакторы, которые усиливают транспорт электронов без прямого (вследствие восстановления) воздействия на pH. По мере уменьшения освещенности pH среды становится более кислым и возвращается к исходной величине при повторном включении полного света. Обработка детергентами и другие воздействия, в результате которых, как полагают, мембрана становится более проницаемой для протонов (и поэтому, по-видимому, ускоряется обратный поток), в большинстве случаев уменьшают сдвиг pH. Тот факт, что pH при освещении не возрастает до бесконечности, а быстро достигает насыщения, говорит об усилении обратного потока протонов через мембрану по мере увеличения их концентрации с внутренней стороны. Обратное давление, обусловленное увеличением концентрации протонов с одной стороны мембраны, будет подавлять транспорт электронов, т. е. высвобождение протонов в среду с высокой их концентрацией (внутри) или изъятие из среды с низкой концентрацией (снаружи) будет затруднено. Усиление потока электронов под действием разобщителей является ответной реакцией па уменьшение обратного давления при снижении протонного градиента.
Градиент, образующийся в результате переноса электронов, имеет электрический и химический компоненты. Накопление положительно заряженных протонов приводит к неравенству элек-
трического заряда, которое может в той или иной мере компенсироваться перемещением внутрь или наружу соответственно анионов или катионов. Протондвижущая сила (ПДС) представляет собой сумму электрического (Аф — величина положительного заряда внутри тилакоида) и химического (ZApH) компонентов, где Z—RT./f~60 мВ:
rmC = M|>+ZApH
(5.30)
Один из вариантов этого аспекта гипотезы Митчелла был предложен Витом и его коллегами, которые пришли к выводу, что первичным событием в фотохимическом акте является разделение зарядов. Так, при длительности импульсов 20 не мембраны тилакоидов становятся электрически заряженными. Таким образом, при возбуждении хлорофилла создается некое силовое поле, и отрицательные заряды (электроны) локализуются на наружной поверхности мембраны, а положительные заряды (дырки) — на внутренней, создавая на мембране разность ПО" тенциалов Затем на наружной поверхности мембраны два электрона от фотосистемы II восстанавливают пластохиион и два — от фотосистемы I — восстанавливают NADP+ (рис. 5.5); 'Каждый из этих процессов восстановления сопровождается поглощением протонов из наружного пространства. На внутренней поверхности по мере окисления PQ выделяются протоны. Хотя
Снаружи
Тилякоид
Н20 -<г-ОН-е-
о
•I
-о—р—о-
о
4
-р-
+
-®о-р-
о~
-ОН
с
о
+
-0--Р —о—р—О —р-
[ I I
0~ О" О'
-он
Внутри
И И 2 О
Рис. 5,7. Упрощенная схема синтеза АТР. В результате транспорта электронов формируется протонный градиент (рис. 5.5), который выполняет функцию стока для протонов и гидроксильных ионов, освобождающихся при Этерификации, и таким образом смещав’- равновесие в сторону образования АТР. .
за это время исходное разделение зарядов исчезает, электрический потенциал, или неравенство зарядов, остается, .так как положительно заряженные протоны перемещаются с наружной стороны мембраны (которая при этом становится отрицательной) к ее внутренней стороне (которая поэтому приобретает положительный заряд).
5.10. Механизм образования АТР
Работы Ягендорфа, Хинда, Неймана и Юрайба привели к выводу, что роль индуцируемого светом высокоэнергетического промежуточного продукта — предшественника АТР —может играть просто градиент pH. Ягендорф и Юрайб в своем знаменитом эксперименте показали,что искусственно созданный градиент pH может приводить к синтезу АТР в темноте. Стимулом к этой работе послужила хемиосмотическая гипотеза Митчелла, которую она и подтвердила; согласно этой гипотезе, синтез АТР ассоциирован со снятием протонного градиента через обратимую АТРазу. В упрощенном виде имеет место следующая последовательность событий:
а) в результате транспорта электрона через мембрану создается траисмембранный градиент протонов (разд. 5,9);
б) путем обращения гидролиза АТР с участием локализованной в мембране обратимой и действующей направленно ATP-азы происходит синтез АТР;
