Фотосинтез С3 и С4 растений механизмы и регуляция - Эдвардс Дж.
Скачать (прямая ссылка):
протонов in vivo РуБФ-карбоксилаза
и ФБФ-аза. Такая активация была воспроизведена в реконструированной системе хлоропластов в присутствии 1 мМ MgCb; этой концентрации ионов магния было достаточно для обеспечения 90% максимального транспорта [электронов от Н^О к ДФГК (рис. 9.4). Однако фиксация СОг оставалась на низком уровне до тех пор, пока концентрацию ионов магния не увеличили почти до 2,5 мМ. [Эти изменения концентрации ионов магния близки к тем, которые, как предполагают, происходят в строме хлоропластов при освещении. На симпозиуме, состоявшемся в Йорке в апреле 1979 г., Краузе и Бен-Хайим доложили о результатах своих исследований, проведенных с металлохром-иым индикатором эриохромом синим (Biochim. Biophys. Acta 460, 500—510, 1977), в которых они обнаружили, что при низких концентрациях NH401 индуцированное светом увеличение содержания Mg2+ в строме изолированных хлоропластов снимается, но фиксация СО2 при этом почти не изменяется. Эти авторы пришли к выводу, что концентрация ионов магния, которая существует в темноте в строме хлоропластов, достаточна для поддержания высокой активности «регуляторных ферментов».] Бар и Йенсен определяли активность карбоксилазы в освещенных хлоропластах и установили, что она составляет 40—60%' полной активности этого фермента. Лоример и Хельдт отвели некую роль в активации ортофосфату и обнаружили, что освещение интактных хлоропластов приводит к полной активации этого фермента. При низкой концентрации СО2 активация кар-
Таблица 9.1. Активация светом ферментов ВПФ-цикла (Leegood, неопубликованные данные)
Фермент Кратность возраста 'Конечная скорость,
ния активности ,М1ШОЛЬ*(МГ ХЛ)-“''Ч*1
ФБФ-аза 5,0 120
РуБФ-карбоксилаза i.i 200
NADP --- ФГА-дегидрогеназа 1,4 1000
Ру5Ф-киназа 1,5 1100
Фосфоглицераткииаза 1,0 2200
боксилазы может также зависеть от присутствия таких метаболитов и коферментов, как 6-фосфоглюкоиовая кислота, фруктозо-1,6-бисфосфат, ФГК и NADPIi. Как мы уже отмечали, РуБФ-карбоксилаза может утратить свою активность, если она окажется вне хлоропластов (особенно в процессе выделения). Активность фермента восстанавливается после инкубации с ионами магния и СО2 при слабощелочных значениях pH. Впрочем, в, настоящее время появились серьезные сомнения в том, что в темноте происходит полная или хотя бы почти полная инактивация, Первоначальное представление об инактивации в темноте; возникло на основании следующих наблюдений: содержание РуБФ, падает в темноте медленнее, чем этого следовало бы ожидать, .исходя из скорости фиксации С02 на свету и известного благоприятного положения равновесия реакции. Объяснение этих, наблюдений осложняется трудностями, связанными с точным. измерением небольших количеств РуБФ. Отчасти эти результаты могут быть обусловлены замедлением катализа и присоединением РуБФ к центрам, где невозможно карбоксили-р^вание. Большая работа в данной области была проведена в Последнее время в нашей лаборатории в Шеффилде. Полученное, результаты указывают, на очень высокую активность карбок-снлазы в хлоропластах и протопластах, которые были выделены кз.ткани, хранившейся в темноте. В том случае, когда эта а'йтивносТь' превышает скорость фотосинтеза, совершенно непонятно, каким образом «темновая инактивация» может давать какое-либо преимущество в метаболических процессах. По-видимому, инактивация является отчасти артефактом процесса вы-д'еле.^ия, и просто катализ идет быстрее в условиях освещенной стромы (разд. 9.5). Действительно', как показали исследования, проведенные в последнее время в Шеффилде, ферменты ВПФ-цикла почти не подвергались инактивации в темноте, за исключением ФБФ-азы (табл. 9.1). Следовательно, медиаторы светового эффекта или ферредоксин-тиоредоксиновые системы
(разд. 9.3) можно рассматривать скорее как. репарационные системы, которые исправляют повреждения, нанесенные пере-киспыми радикалами и подобными им соединениями (разд. 5.8), а не как регуляторы в строгом смысле этого слова.
[Следует отметить, что раньше определять активность РуБФ-карбоксилазы было весьма трудно (разд. 6.11), так как, во-первых, этот фермент нуждается в определенных факторах активации, а во-вторых, его ингибируют, продукты деградации РуБФ (данные Толберта и соавторов). Поэтому к опубликованным до 1975 г. результатам исследований максимальной скорости реакций, катализируемых РуБФ-карбоксилазой, ее сродства к СОа и т., д. необходимо относиться с особой осторожностью.] В последние годы широко дискутируется роль аскорбиновой кислоты и прочих восстанавливающих агентов в хлоропластах. Содержание аскорбиновой кислоты в растениях может быть очень высоким, особенно летом, и ее часто используют в качестве защитного агента или донора электронов при работе с изолированными хлоропластами. Функция аскорбиновой кислоты сводится, по-видимому, к тому, что она выступает в роли антиокислителя. Холлиуэлл и Фойер уточнили эту роль, высказав предположение, что аскорбиновая кислота может способствовать диссипации Н2О2. Хлоропласта не содержат каталазы, однако они могут образовывать Н202 за счет переноса электронов от таких доноров, как ферредоксин, к кислороду. Восстановленный глутатион способен окисляться под действием Н202 либо непосредственно при помощи глутатионпероксидазы, либо косвенным путем, за счет гидроаскорбииовой кислоты. Последующее восстановление окисленного , глутатиона посредством, NADPH позволяет сохранять статус-кво и ферменты в окисленном состоянии, которые в противном случае подвергались бы инактивации под действием Н202 (рис. 9.2,Г).
