Фотосинтез С3 и С4 растений механизмы и регуляция - Эдвардс Дж.
Скачать (прямая ссылка):
Таблица 5.1. Минимальный квантовый расход (КР) при образовании ассимиляционной силы и ассимиляции С02 в ВПФ-цикле1)
Расход Ш- при Н+ или кван- КР и Н+/2 NADPII Мннммгип.ный
синтезе АТР ты/3 АТР КР/СО-.
2 6 8 8
3 9 8 9
4 12 8 12
') Расчет сделан исходя из условия, что для перекоса одного протона испиходимо
поглощение одного кванта света. Отношение I-I+/ATP изменяется от 2 до <1; дли фшесн-
ции 1 СОа требуется минимум 3 АТР и 2 NADPII-
более высоком квантовом расходе не имеет значения, покрывается ли этот дефицит АТР за счет циклического или. нециклического транспорта электронов. Например, при Н+/АТР, равном 4, возникает дефицит в одну молекулу АТР на каждые две молекулы восстановленного NADP. Образование дополнительных молекул АТР потребовало бы четырех протонов и такой градиент мог бы быть достигнут при прохождении двух электронов через 2 центра фосфорилирования (при нециклическом транспорте электронов с расходом 4 кванта) или четырех электронов через 1 центр (для циклического транспорта, также требующего 4 кванта). Однако, если циклический транспорт электронов вносит больший вклад в образование АТР, чем нециклический (т. е. если циклический транспорт электронов приводит к переносу четырех протонов на 2 электрона с использованием двух квантов), то общий квантовый расход на фиксацию СОг достигает 10.
5.15. Восстановление никотинамидадениндинуклеотид-фосфата (NADP)
Ферредоксин
Еще в раниих работах Роберта Хилла было показано, что при наличии искусственного окислителя или в присутствии водного экстракта из листьев, предварительно обработанных ацетоном, изолированные хлоропласта выделяют Ог. Это позволяло предположить существование «растворимого акцептора водорода для процесса фотосинтеза в самих листьях». Хилл и Скарисбрик добавляли к системе хлоропластов метгемоглобин й оксалат железа. Хлоропласт восстанавливал оксалат железа, который в свою очередь восстанавливал метгемоглобин; образующийся при этом гемоглобин взаимодействовал с кислородом. Появление окисленного гемоглобина позволяло контролировать реакцию спектроскопически. Эти наблюдения привели Хмлла и ¦его соавторов к постановке опытов, с помощью которых в экстракте, полученном из ацетонового порошка листа, удалось обнаружить белковую фракцию, способную восстанавливать мет-гемоглобин (разд. 4.9).
Однако способность хлоропластов восстанавливать также NAD+ и NADP+ при участии белкового фактора, была установлена лишь десять лет спустя несколькими авторами, независимо друг от друга. В 1957 г. Арнои, Уотли и Аллеи выделили ЫАОР+-восстанавливающий фактор, а в 1958 г. Сап Пиетро и Ланг частично очистили «фотосинтетическую пиридиинуклео-тидредуктазу». Немногим позже, в 60-е годы уже не было сомнений, что все эти экстракты содержат один и тот же белок.
Когда было показано, что он близок к бактериальному фер-редоксину, Арнон счел возможным назвать хлоропластный белок «ферредоксином».
Ферредоксин — NADP-редуктаза
При дальнейшей очистке стало ясно, что сам по себе ферредоксин не способен восстанавливать NADP+, скорее он представлял собой просто носитель электронов с низким потенциалом. [Способность хлоропласта восстанавливать искусственные переносчики электронов с низким потенциалом, такие как метилвиоло-ген (паракват), была установлена независимо друг от друга Ягендорфом и Авроном, а также Хиллом и Уокером. Потенциал метилвиологена ^ —0,450 В, потенциал ферредоксина ~—0,430 В, потенциал NADP+~—0,320 В.] Ферредоксин, обычно связанный с тилакоидами, взаимодействует также с молекулярным кислородом (поддерживая псевдоциклическое фото-фосфорилирование) и с другими переносчиками электронов-Z-схемы, возможно, цитрохромом Ь. При освещении смеси отмытых тилакоидов, ферредоксина и NADP интенсивно протекает реакция Хилла.
Редуктаза представляет собой типичный флавопротеин с максимумами абсорбции при 275, 385 и 456 нм. Сродство редук-тазы kNADP+ (Км=9,8- 10_еМ) настолько больше,чем kNAD+ (jKm—3,7¦ 10~3 М), что ее можно рассматривать как NADP^-cne-цифический фермент в физиологических условиях. Однако фермент может функционировать как трансгидроген аз a (NADPH+ NAD+4=i:NADH + NADP+) и диафор аза (окисление NADPH2 рядом акцепторов электронов, таких как феррицианид и хино-ны).
Механизм восстановления NADP
Обычно электроны проходят от воды через переносчики Z-схемы к ферредоксину. Последний поставляет электроны флавоиро-теиновой редуктазе, которая в свою очередь восстанавливает NADP+ (NADP+ при восстановлении принимает 2 электрона и
1 протон). Чтобы перенести электроны от ферредоксина к NADP+, требуется специфический флавопротеин — ферредоксин— ЫАОР+-редуктаза. Этот фермент может участвовать также в циклическом фотофосфорилировании. Физиологическая роль редуктазы в псевдоциклическом транспорте электронов и окислении NADPH2 пока не установлена, но, очевидно, в хлоропласте имеется механизм диссипации энергии, который иногда объясняют фотодыханием (гл. 13).
