Жизнь зеленого растения - Гэлстон А.
Скачать (прямая ссылка):
Восстановление С02 до углевода
Конечными продуктами световых реакций фотосинтеза являются NADPH и АТР (рис. 4.14). Эти соединения используются затем соответственно как восстановительная сила и как источник энергии для превращения С02 в сахар. Этапы, из которых слагается это превращение, известны под общим названием «темновых реакций» фотосинтеза.
Кальвина — Бенсона
Ci
Рис. 4.14. Продукты световых и темновых реакций фотосинтеза.
Последовательность реакций на пути превращения СОг в сахар удалось выяснить благодаря применению радиоактивного углерода, 14С. Этот изотоп углерода, распадающийся с испусканием {3-частиц, можно обнаружить при помощи счетчика Гейгера — Мюллера или любого другого детектора радиоактивных излучений. Вводя в фотосинтезирующие клетки радиоактивную СОг, а затем отбирая через определенные промежутку времени различные химические фракции и измеряя их радиоактивность, можно проследить биохимический путь, который проходит в этих клетках 14С. Мелвин Кальвин и Эндрью Бенсон из Калифорнийского университета в Беркли воспользовались этим методом для того, чтобы установить путь фиксации углерода у одноклеточной зеленой водоросли Chlorella. Фотосинтез в клетках
Chlorella происходил в присутствии радиоактивной С02. Образующиеся меченые соединения экстрагировали из клеток метанолом, после чего исследуемую смесь разделяли на отдельные компоненты методом двумерной хроматографии на бумаге. Согласно этому методу, разделение смеси проводят сперва в одном направлении с помощью одной системы растворителей,, а затем под прямым углом к первому направлению используют другую систему растворителей. На полученную хроматограмму накладывали рентгеновскую пленку. После проявления этой пленки темные пятна обнаруживались на ней во всех тех местах, где находились соединения, содержавшие радиоактивный углерод. Таким способом удалось выяснить, что в процессе фотосинтеза за несколько минут образуется большое число меченых соединений. Однако, когда время, отведенное на фотосинтез, сократили до 0,5 с, обнаружить удалось одно только трехуглеродное фосфорилированное соединение — 3-фосфоглицерино- вую кислоту (ФГК). Отсюда был сделан вывод, что ФГК— это^ первый стабильный продукт, образующийся из С02 в процессе фотосинтеза.
Ступенчатая деградация выделенной радиоактивной ФГК дает возможность показать, что радиоактивную метку (ее обозначают символом *С или 14С) несет карбоксильная (СООН) группа ФГК и что, следовательно, именно она представляет собой видоизмененную форму исходной 14СОг. Можно было бы предположить, что поглощаемая 14СОг соединяется с каким-то* двууглеродным фрагментом, в результате чего и образуется ФГК, но это не подтвердилось. Кальвин и Бенсон занялись поисками соединения, которое накапливалось бы после исчерпания» запаса 14СОг в процессе фотосинтеза. Они исходили из предположения, что накапливаться в этих условиях должен был как раз неиспользованный «акцептор СОг». Такое соединение действительно было найдено (рис. 4.15 и 4.16) и было идентифицировано как рибулозобисфосфат (RuBP) — пятиуглеродное фосфорилированное соединение, распадающееся после присоединения СОг на две молекулы ФГК. Фермент, катализирующий эту реакцию, рибулозобисфосфат-карбоксилаза, занимает в количественном отношении первое место среди белков, содержащихся в зеленой ткани.
Фосфоглицериновая кислота, образующаяся из СОг, еще не достигает уровня восстановленности углеводов, который соответствует альдегидной группе (Н—С=0); она отстоит от него на одну ступень, т. е. степень ее окисления 'соответствует карбоксильной группе (НО—С=0). Восстановление до уровня альдегида осуществляется за счет восстановительной силы NADPH и энергии АТР — двух соединений, представляющих собой продукты световых реакций фотосинтеза. Этот последний этап обпязования сахара из СОг через ФГК может быть схемати-
Из световых реакций
4
-АТН—
(NADPHX
Рибулозобисфосфат (RuBP)
Рибулозофосфат
ADP
? -АТР-
Из световых реакций
ADP+P; 2(cj — Р) NADP+
Фосфоглицериновый альдегид
Конденсации и перестройки Сг, С4-, С;-, С6-
и С7 -сахарофосфатов
Крахмал и сахароза
Фис. 4.15. Упрощенная схема цикла Кальвииа—Бенсоиа для темновых реакций фотосинтеза.
С6-Р
гексозсмоиофосфат
У
Фосфоглицериновая кислота (ФПС
Н?ОГО,нг
Н]СОРО,Н2
1 Рнбозо-5-Р I
HjCOPO.,H, I НдСОРОдИд
1ЭРНТРОЗО-4П 1ФРУКТОЗО-6П
Рис. 4.16. Более подробное изображение цикла Кальвина-
озиачает фосфо- или фосфат.
|С^югептулозо- |Седогептулозо-
Сахароза, крахмал и другие углеводы
-Бенсона. Р везде
чески изображен в следующем виде:
ADP+P;,
NADP+
НО о
у
Карбоксильная группа ФГК
н О н2о+ чс^
I
Альдегидная группа фосфоглицеринового альдегида (ФГА)
Фосфоглицериновый альдегид, представляющий собой фос- форилированное производное сахара, содержит только три атома углерода. Между тем в простейшем сахаре, который накапливается в растениях в сколько-нибудь значительном количестве, содержится шесть атомов углерода. Для того чтобы образовалась гексоза, две молекулы фосфоглицеринового альдегида (или каких-либо простых его производных) должны соединиться «голова к голове» и продукт этого присоединения, гексозобис- фосфат, должен подвергнуться дефосфорилированию.
