Фотосинтез С3 и С4 растений механизмы и регуляция - Эдвардс Дж.
Скачать (прямая ссылка):
Источники данных: [16—23, 25, 30—-34, 39, 41—45]
9.4. Различие между регуляцией катализа и активацией катализаторов
В предыдущих разделах (9.2 и 9.3) мы попытались провести различие между действием света на катализаторы и катализ. Во многих отношениях подобное различие носит чисто академический характер, так как оно сводится в разграничению между эффектами на фермент и на реакцию, которую этот фермент катализирует. Тем не менее не следует полностью пренебрегать этим различием даже тогда, когда такие параметры, как pH, оказывают одновременное воздействие и на катализатор, и на катализ. Так, например, если вы обратитесь к учебнику по эн-зимологии, написанному лет двадцать назад, вы вряд ли .встретитесь там с понятием «регуляция». Вместе с тем уже давно
известно, что большинство ферментов проявляет активность в узком диапазоне pH (будучи белками, ферменты представляют собой многовалентные электролиты). Поэтому ионизационный статус составляющих ¦ их аминокислот, а следовательно, и каталитическая активность этих ферментов зависят от концентрации водородных ионов. Аналогичным образом карбокси-ионы аминокислот будут взаимодействовать с такими катионами, как Mg21'. Действие pH связано в основном с изменением величин Vmax или Км либо со стабильностью самого фермента, хотя следует отметить, что в реакциях, в которых принимают непосредственное участие протоны, важную роль может играть влияние концентрации водородных ионов на саму реакцию. Например, реакция, катализируемая малатдегидрогеназой (декарбоксили-рующей), характеризуется величиной ДF', неблагоприятной для протекания реакции в направлении окисления малата (разд, 6.12). .’Вот почему реакция пойдет в этом направлении только в том случае, если сдвинуть равновесие путем удаления конечных продуктов реакции: цианид (связывающий оксалоаце-тат) и высокие значения pH (связывание Н+) будут способствовать окислению малата. В течение многих лет принято было определять активность ферментов при оптимальных значениях pH и очень часто (когда это казалось необходимым) добавлять цистеин или восстановленный глутатион для защиты сульфгид-рильных групп. Сам по себе тот факт, что фермент «работает» при pH 8,0 (как в освещенных хлоропластах), а не при pH 7,0 (как в затемненных хлоропластах), еще не говорит о достаточно глубокой физической модификации самого фермента, приводящей к его «инактивации». Вместе с тем выделенный фермент, например РуБФ-карбоксилаза, может легко инактивироваться in vitro и нуждаться в щелочном значении pH для завершения процесса реактивации. Аналогичным образом ионы магния могут требоваться для активации фермента (также, например, для РБФ-карбоксилазы), но не для катализа (как в реакциях, катализируемых киназами). Далее, фермент типа ФБФ-азы, который, по всей очевидности, находится в сильной зависимости от своего восстановительного статуса и шочти не проявляет активности в темноте, будет тем не менее обнаруживать некоторую активность, если ее определять в присутствии 10—20 мМ MgCb и при pH 8,0. Эти данные позволяют заключить, что практически полное прекращение реакции в темноте обусловлено сочетанием окисления этого фермента и неблагоприятных условий в затемненной строме.
9.5. Темновая инактивация
Как мы уже отмечали (разд. 9.3), системы световой активации способны функционировать в качестве репарационных си-
стем. Столь же вероятно, что они принимают участие в регуляции, т. е. составляют часть системы, которая «включает» фермент в освещенном хлоропласте и «выключает» его в темноте. Различие между репарацией и регуляцией, если оно действительно существует, может быть вопросом степени. Оно проявляется не в способности фермента активироваться под действием света, а в том, насколько световая активация необходима, т. е. в степени темновой инактивации, без обращения которой невозможно нормальное функционирование фермента. Например, если при освещении хлоропластов в соответствующей среде активность фермента возрастет в десять раз, то можно считать, что этот фермент активируется светом. Если же фермент обнаруживает почти полную активность сразу после выделения из затемненного хлоропласта, то ои, по-видимому, не нуждается в световой активации. Напротив, если сразу после темноты фермент проявляет очень низкую активность, это свидетельствует о необходимости его «включения». В табл. 9.1 можно видеть такие различия у ферментов. Как мы уже отмечали, вполне возможно, что они отражают артефакты в экспериментальных методиках. Тем не менее совершенно ясно, что только один фермент (ФБФ-аза) действительно выключается в этих условиях. Следует заметить, что даже в случае ФБФ-азы некоторая остаточная активность была обнаружена и в темноте. Однако нельзя забывать, что в подобного рода экспериментах активность ферментов определяют при оптимальных значениях pH и других параметров (за исключением света). В темноте же эти параметры стромы 'Перестают быть оптимальными, что приводит к полной инактивации ферментов. Интересно также, что активность ФБФ-азы была довольно низкой, когда ее сравнивали с активностью Ру5Ф-киназы. Это согласуется с регуляторной ролыо фермента. Однако вместе с тем действительная скорость, которая сохраняется in vivo, зависит от сродства фермента к его субстрату или субстратам и от их стационарных концентраций. В этом отношении концентрацию Ру5Ф можно с достаточной уверенностью 'считать очень низкой, и поэтому следует с осторожностью относиться к результатам, полученным при измерении скоростей, в более благоприятных условиях.]
