Фотосинтез С3 и С4 растений механизмы и регуляция - Эдвардс Дж.
Скачать (прямая ссылка):
Если принять, что различные ферменты подвергаются инактивации в темноте в разной степени, возникает вопрос, как это происходит. Вполне возможно, что для проявления своей активности фермент нуждается в постоянном восстановлении, и если удалить восстановитель, то ои переходит в неактивное окисленное состояние. Не исключено, впрочем, что здесь действует совершенно иной механизм. Например, было высказано предположение, что- глутатион окисляется в темноте под действием перекиси водорода, образовавшейся на свету, и глутатионперок-
сидазы, а затем окисляет сульфгидрильные группы чувствительных ферментов. Наблюдения Холлиуэлла и Фойера (которые установили, что глутатион существует исходно в восстановленном состоянии как в темноте, так и на свету) не подтвердили это предположение, хотя сами по себе их результаты не опровергают окончательно такой возможности (рис, 9.2 и разд. 9.3).
Данные Лигуда говорят в пользу первой возможности (постоянное восстановление) и указывают иа потребность в молекулярном кислороде или акцепторе электронов. Л и гуд обнаружил, что ;ФБФ-аза не только удивительно чувствительна к потоку электронов, но и реагирует на присутствие (или отсутствие) целого ряда акцепторов электронов. Например, СОг препятствует полной активации, по-видимому действуя в качестве эффективного альтернативного акцептора электронов. Точно так же, если исключить из реакционной смеси кислород, то световая активация не исчезает в темноте, но оксалоацетат (который способен служить акцептором электронов подобно СОг или Ог) инактивирует фермент в отсутствие кислорода и иа свету, и в темноте. Антимицин А, ингибитор циклического транспорта электронов, почти не влияет на активность ФБФ-азы при высокой скорости электронного потока. Однако этот антибиотик вызывает заметную дополнительную активацию, когда транспорт электронов замедляют добавлением диурона (ДХММ, англ. DCMU) (в концентрации, достаточной для подавления этого процесса иа 50%) или уменьшением интенсивности света. Напротив, пио-цианин, стимулятор циклического транспорта электронов, снижает активность ФБФ-азы. Эти зависимости схематически показаны иа рис. 9.5. Как видно из данной схемы, соединения, забирающие электроны, которые должны идти на восстановление ФБФ-азы, будут снижать активность этого фермента на свету, и наоборот. В темноте транспорт части этих электронов будет происходить в обратном направлении; окисление под действием молекулярного кислорода, его производного или какого-либо иного адекватного соединения приведет к окислению сульфгид-рильных групп и, следовательно, к инактивации фермента. Вопрос о том, принимает ли непосредственное участие в окислительной инактивации и восстановительной активации ферментов тиоредоксин, остается открытым.
Источники данных: [28а, Ь].
Как (мы уже отмечали выше, сам по себе факт активации, которой может подвергаться фермент под действием света, еще не служит доказательством того, что регуляция этого процесса осуществляется в природе. В настоящее время хорошо известно, что РуБФ-карбоксилаза легко инактивируется во время экстракции или быстро реактивируется в присутствии тех концентраций Н+ и Mg2+, которые характерны для освещенного хлоро-"
РЕГУЛЯЦИЯ фотосинтетической ассимиляции углерода
27i
Рис. 9.S. Активация ФБФ-азы на свету и ее инактивация в темноте. Электроны, которые передаются к ФБФ-азе через тиоредоксин, ферредоксин и фотосистемы, восстанавливают дитиолопые группы и повышают активность. Другие акцепторы электронов (СОа, 02, оксалоацетат, нитрит), забирающие их от ФБФ-азы, и циклический транспорт электронов способствуют ее инактивации в темноте и снижению активации на свету [28Ь].
пласта. Как показано в проведенных недавно опытах, если хлоропласт сразу после освещения подвергнуть лизису в реакционной смеси, то в нем не проявляется полная потенциальная активность карбоксилазы, которую следовало бы ожидать судя по предварительной инкубации с высокими концентрациями ионов магния при щелочных значениях pH. Тем не менее эта активность будет несколько больше активности аналогичных хлоропластов, которые перед этим находились в темноте. В данном случае наблюдается некоторое несоответствие между относительной величиной этих изменений и их значением. При Vmax—1000 мкмоль-(мг Хл)_1-ч-1 возрастание активности фермента в 1,5 раза под действием света может и не играть особой роли, в то время как четырехкратная активация безусловно приобретает огромное значение. Тем не менее, хотя четырехкратная активация действительно наблюдалась, не следует исключать возможность инактивации фермента в процессе экспериментов и пренебрегать тем фактом, что некоторые исследователи обнаружили изменения активности в пределах 1 — 1,5 раза.
9.6. Действие масс
Если реакция характеризуется большой величиной AF' (т. е. большим значением К), то она практически не испытывает влияния со /стороны своих конечных продуктов (разд. 2.5).
ДФГК+ ADP
Рис. 9.6. Примерные соотношения величии свободной энергии при восстановлении ФГК. Для прямого восстановления ФГК до триозофосфатов требуется приблизительно 8 ккал энергии, но использование АТР снижает этот барьер почти иа 7 ккал. В результате суммарное превращение ФГК в ФГА представляет собой легко обратимую реакцию с величиной AF'ca 1 ккал. Тем не менее первая стадия этой последовательности реакций характеризуется AF'cz.4,5 ккал. Это означает, что протекание реакции ФГК+АТР-э-ДФГКН-+ADP особенно чувствительно к снижению отношения [ATP]/[ADP], а следовательно, к скорости фосфорилироваиия, с одной стороны, и к активности реакций, в которых используется АТР, — с другой (объяснение см. в тексте).
