Фотосинтез С3 и С4 растений механизмы и регуляция - Эдвардс Дж.
Скачать (прямая ссылка):
бавить 0,05 мкмоль ортофосфата в 2 мл (рис. 8.15). Стехиометрия этой реакции составляет примерно 3 молекулы кислорода на одну молекулу ортофосфата; такое соотношение согласуется с образованием одной молекулы триозофосфата из трех молекул С02 и одной молекулы фосфата. Когда эту реакцию изучали на хлоропластах шпината, оказалось, что неорганический пирофосфат так же эффективен, как и ортофосфат; правда, в этом случае реакция наблюдалась не сразу, а после некоторой задержки (около 15 с). Стехиометрия процесса составляла примерно 6 молекул кислорода на 1 молекулу пирофосфата, отку-
Вр'!МН,МИН
Рис. 8.16. Снятие пирофосфатом ингибирующего действия ортофосфата на фотосинтез. Ортофосфат подавляет фотосинтез в изолированных хлоропластах: он стимулирует транспорт метаболитов ВПФ-цикла из хлоропластов с помощью переносчика ортофосфата (разд. 8.23). Полное подавление ортофосфатом и обращение этого эффекта при добавлении ФГК (стрелки) показано кривыми// и IV. Большой избыток пирофосфата (кривая I) не оказывал ингибирующего действия. Если среда содержала одновременно пирофосфат и ортофосфат (кривая III), то пирофосфат в значительной степени снимал ингибирующий эффект ортофосфата (Walker, 1976).
да следовало, что, по-видимо-му, пирофосфат подвергался полному гидролизу. Подобная реакция была весьма неожиданной в свете известного ингибирующего действия ортофосфата на фотосинтез, так как дальнейшее повышение концентрации пирофосфата не вызывало подавления. Более того, пирофосфат не только не подавлял фотосинтез, но при высоких концентрациях (~ 5 мМ) даже защищал от ингибирующего действия ортофосфата (рис. 8.16). Частичное объяснение этим казалось бы противоречивым результатам было получено в опытах, которые показали, что для ряда препаратов хлоропластов реакция на добавление пирофосфата наблюдается не сразу или вообще отсутствует (рис. 8.17). Положительного эффекта в таких случаях добивались внесением в реакционную смесь либо небольшого количества хлоропластов, подвергнутых осмотическому шоку, либо неорганической пирофосфатазы, выделенной из стромы хлоропластов. Кроме того, реакции па добавление пирофосфата не было в отсутствие экзогенно-
го магния, но она наблюдалась почта сразу вслед за внесением ионов магния, особенно в присутствии пирофосфатазы. К этому времени стало известно, что субстратом пирофосфатазы служит Mg-пирофосфат и что анионная форма пирофосфата не только не является субстратом, но даже подавляет гидролиз Mg-пирофосфата. Отсюда следовало, что пирофосфат не способен проникать с какой-либо заметной скоростью через мембрану хлоропластов. Для того чтобы замещать ортофосфат, пирофосфат должен до
Bpt'MR, Мин
Рис. 8.17. Непроницаемость мембран хлоропластов для пирофосфата. В случае преобладания интактиых хлоропластов дефицит ортофосфата снимается не пирофосфатом, а самим ортофосфатом (кривая 1). Добавление небольшой фракции (5%) разрушенных хлоропластов (кривая 11), которая содержит достаточное количество пирофосфатазы, приводит к гидролизу пирофосфата, и он начинает функционировать как две молекулы ортофосфата (см. рис. 8.15; Walker, 1976).
проникновения в хлоропласты подвергнуться гидролизу пиро-фосфатазой, освобожденной из разрушенных хлоропластов. Поскольку обычно среда содержиу мало пирофосфатазы, а свободный ортофосфат оказывает на нее ингибирующее действие, в присутствии высоких концентраций пирофосфата скорость гидролиза возрастает незначительно. Впоследствии в прямых экспериментах было показано, что пирофосфат проникает в хлоропласт очень медленно и что он связывается с переносчиком ортофосфата (разд. 8.23) и тем самым частично снимает ингибирующее действие ортофосфата. Именно поэтому в изолированных хлоропластах оптимальная скорость фотосинтеза наблюдается обычно в присутствии 5 мМ пирофос-фата. При добавлении во внешнюю среду ионов магния пирофосфат поддерживает постоянную концентрацию ортофосфата благодаря тому, что последний выделяется в результате его гидролиза примерно с такой же скоростью, с какой ортофосфат используется хлоропластами. Одновременно пирофосфат предупреждает ингибирующий эффект ортофосфата, неизбежный при его концентрациях свыше 0,5 мМ (разд. 8.7). Кроме
Время, мин
Рис. 8.18. Подавление фотосинтеза в хлоропластах гороха пирофосфатом. В отличие от шпината у проростков гороха мембраны хлоропластов имеют бблылую проницаемость для пирофосфата, который оказывает ингибирующее действие, и для АТР, который снимает этот эффект (кривая I). «Нормальное» ингибирование ортофосфатом снимается ФГК, как и в случае шпината, но ие АТР (кривая И) (Robinson, Wiskich, 1977).
того, пирофосфат может защищать хлоропласты благодаря образованию хелатных комплексов с дивалентными катионами (механизм ингибирующего действия катионов пока еще в точности не известен).
В хлоропластах гороха (или в хлоропластах, выделенных из незрелых тканей) реакция на пирофосфат еще более осложняется действием многочисленных факторов. Так, пирофосфат может обмениваться с эндогенным АТР при помощи переносчика аденилатов (разд. 8.25), что приводит к ингибированию (рис. 8.18). Робинсон и Уискич высказали предположение, что пирофосфат может также проникать в хлоропласты с помощью переносчика ортофосфата (разд. 8.23), подвергаться внутри них гидролизу и снижать экспорт промежуточных метаболитов в результате конкуренции с фосфоглицератом за транспорт из хлоропластов. Это объяснило бы тот факт, что ADP наряду с подавляющим действием на хлоропласты гороха (он либо ингибирует превращение ФГК в триозофосфат, либо создает дефицит ортофосфата за счет обмена между АТР и ADP) обладает стимулирующим действием, если его добавлять вместе с пирофосфатом (который сам по себе привел бы к ингибирова-
