Фотосинтез С3 и С4 растений механизмы и регуляция - Эдвардс Дж.
Скачать (прямая ссылка):
Добавление KN02, NaNC>2 и NH4C1 к суспензиям интактных хлоропластов приводит к осмотическому сжатию, которое снимается внесением валиномицина в смеси, содержащие соли К+ и NH4+ (валиномицин делает мембрану проницаемой для ионов калия и аммония). Создается впечатление, что мембрана проницаема для NO2" и С1~, так как сам по себе облегченный транспорт катионов не вызывает обращения осмотического эффекта из-за ингибирования нарушенного равновесия зарядов. ЗМаЫОз также не снимает осмотический эффект, что подтверждает приведенное выше объяснение и указывает на непроницаемость мембраны для Na+. Непроницаемость мембраны для ЫН4'1- следует из того, что при освещении интактных хлоропластов в присутствии NH4CI внешняя среда подкисляется. Это объясняется диссоциацией:
NH4+----»¦ NH. + H+ (8.5)
после которой NH3 поступает внутрь хлоропластов. Добавление (NH4)aS04 к суспензии хлоропластов в KN02 приводит к быстрому осмотическому набуханию, которое объясняется взаимодействием ионов:
NH4+ + NO," •--NH3 + HN02 (8.6)
и проникновением NH3 и HNO2 в хлоропласты. Валиномицин почти не влияет на осмотическую реакцию хлоропластов в
(NOJ +ЗНгО--> NHj + 20H~+1,502)
Рис. 8-24. Транспорт ионов через оболочку хлоропласта. Обычно оболочка сравнительно непроницаема для таких дивалентных катионов, как Mga+, и для таких моновалентных катионов, как Na+ и Н+, хотя такие моновалентные анионы, как С1~ и N02~, проходят через нее довольно легко. Некоторые ионофоры и другие соединения, показанные на рисунке, способны изменять проницаемость оболочки. Приведены также уравнения реакции восстановления N02" (разд. 12.9).
K2SO4 или (NH4)2S04, что указывает на низкую проницаемость мембраны хлоропластов для сульфат-иона. Вместе с тем еще с 1968 г. известно, что сульфат подавляет фотосинтез в интакт-ных хлоропластах (возможно, замещая ортофосфат при фото-фосфорилировании) и что это подавление легко снимается ортофосфатом. Столь же хорошо известно, что в хлоропластах происходит ассимиляционное восстановление сульфата. Недавно Мурью и Дус на основании своих исследований с помощью фильтрации центрифугированием сформулировали понятие о переносчике сульфата, который осуществляет обмен между ортофосфатом и сульфатом со скоростью ~20 мкмоль-(мгХл)-1 • •ч-1. На рис. 8.24 представлены многие из найденных взаимосвязей, в том числе восстановление нитрита в аммиак (разд. 12.9).
Валиномицин не снимает осмотического сжатия в присутствии фосфата калия. Следовательно, поглощение фосфата может происходить только благодаря противообмену триозофосфатов или ФГК при помощи переносчика ортофосфата.
Источники данных: [15, 21а, 25, 28, 30, 43].
8.22. Специфическая проницаемость внутренней мембраны
Мембрана хлоропластов непроницаема для меченого декст-раиа, но, как было установлено, при помощи фильтрации центрифугированием, через нее легко проходят все испытанные соединения сравнительно низкой молекулярной массы. Опыты с использованием меченой сахарозы позволили обнаружить корреляцию между степенью проницаемости для этих соединений и объемом между двумя мембранами оболочки, который в гипертонической среде увеличивается (разд. 8.10). Таким образом, это проницаемое для сахарозы пространство можно рассматривать как межмембранное (рис. 8.9,Б), причем из двух мембран, ограничивающих его, специфической проницаемостью обладает только внутренняя мембрана. Селективность проницаемости этой мембраны на редкость удивительна: так, например, транспорт ортофосфата через мембрану хлоропластов шпината осуществляется с очень большой скоростью, в то время как пирофосфат почти не проходит через нее (рис. 8.15, 8.17 и 8.21), а D-глюкоза проникает в 25 раз быстрее, чем L-глюкоза.
8.23. Переносчик ортофосфата
Как мы уже отмечали в разд. 7.12, косвенные данные позволяют предполагать, что ортофосфат обменивается с фосфатами сахаров. Хельдт и его соавторы обнаружили такой обмен между ортофосфатом и триозофосфатами при помощи прямых измерений (разд. 8.5), благодаря чему понятие о переносчике ортофосфата обрело реальность (рис. 8.25). Количество ортофосфата, которое выделяется из хлороплг.стов, преинкубирован-ных с 32Р-ортофосфатом, эквивалентно количеству использованной 14С-ФГК, что говорит о строгом сопряжении экспорта и импорта метаболитов (рис. 8.26, 8.27). Ортофосфат не способен свободно диффундировать из хлоропластов; выходить оттуда он может лишь в присутствии экзогенной ФГК или триозофосфатов. Кроме того, переносчики транспортируют арсенат и отчасти вещества типа 1-глицерофосфата. Транспорт рибозо-5-фосфа-та идет медленно, а соединения, подобные фруктозо-6-фосфату, практически совсем не переносятся. Транспорт ортофосфата,
ФГК и триозофосфатов осуществляется очень быстро---------200—
300 мкмоль- (мгХл)-1 • ч-1 при 20°С. Уже через 240 с концентрация ортофосфата или ФГК в строме становилась в 20 раз больше, чем во внешней среде. С точки зрения кинетики переносчик ведет себя как фермент, и зависимость 1/v от 1/[5] выражается прямой линией (рис. 8.28). Четыре основных соеди-
