Фотобиология - Конев С.В.
Скачать (прямая ссылка):
свой электрон НАДФ.
К утрате свойственных хлоропласту функций приводит также избирательное
удаление отдельных компонентов электронно-транспортной цепи. Для этого
используют сравнительно мягкие воздействия на хлоропласт: малополярные
растворители, детергенты, ультразвук, ферменты. Например, вымывание из
лиофилизированных хлоропластов пластоцианина при воздействии на них
гептаном приводит к утрате функций фотосистемы I. Эти функции
восстанавливаются после добавления препарата пластоцианина.
Остановимся теперь более подробно на механическом разделении двух
фотосистем. В 1964 г. Бордману после разрушения хлоропластов детергентом
дигитонином с помощью дифференциального центрифугирования удалось
выделить легкие и тяжелые фрагменты ламедл при
76
Глава IV. Фотосинтез
144 000 и 10 000 g соответственно. Оказалось, что легкие и тяжелые
фрагменты резко различаются по химическому составу. Для легких фракций
характерны соотношение (Хл а)/(Хл Ь), равное 5,3, высокое содержание
Р7оо, цитохрома и железа. В тяжелых фракциях соотношение (Хл а)/(Хл Ь)
равняется 2,3, они содержат мало Р7оо, но много марганца и цитохрома be.
Иными словами, химический состав свидетельствует о преимущественной обо-
гащенности легких фрагментов компонентами фотосистемы I, а тяжелых -
фотосистемы II (табл. 5).
Таблица 5. Характеристики легких (144 000g) и тяжелых (10 000 g)
фрагментов хлоропластов
Характеристика Целый хлоро- Фрагменты хлоропластов
пласт 144 ООО g 10 000 g
[Р'тоо]/[хлорофилл] 1/450 1/200 1/700
[Цитохром Ь]/[цитохром /] 3,6 2,3 6,1
[Мп]/[хлорофилл] 1/73 1/244 1/52
[Пластохинон общий]/[хлорофилл] 1/14 1/13 1/33
Тяжелая фракция обладает также способностью восстанавливать красители на
свету с выделением Ог, но плохо восстанавливает НАДФ за счет электрона
воды. Легкая же фракция в присутствии восстановленного
дихлорфенолиндофенола энергично восстанавливала НАДФ, но не
восстанавливала окисленную форму этого красителя. Следовательно, и по
функциональным признакам легкая фракция включала в себя молекулярный
аппарат фотосистемы I, а тяжелая - молекулярный аппарат фотосистемы II.
Этот вывод подкрепляется люминесцентными измерениями. Тяжелые фракции в
опытах Бордмана обладали в пять раз более интенсивной, но менее
поляризованной (Р=2,7%) флуоресценцией, чем легкие (Р = 5,4%). При
температуре жидкого азота в спектрах люминесценции легких фракций
преобладал компонент 720 нм, который составлял 97% от общей интенсивности
свечения.
7. Две фотосистемы. Транспорт электронов
77
В отличие от этого низкотемпературная люминесценция тяжелой фракции в
значительной мере была представлена полосой 695 нм. Для тяжелых
фрагментов наблюдалось также 3-4-секундное возгорание флуоресценции при
освещении красным светом, что, как отмечалось ранее, связано с
восстановлением переносчика Q в фотосистеме II. Естественно, что легкие
фрагменты хлоропластов таким свойством не обладали, поскольку фотосистема
I не содержит Q, способного в окисленной форме тушить свечение.
Вполне понятно, что легкие и тяжелые фрагменты не представляют собой
чистые фотосистемы I и II, а лишь в той или иной мере обогащены ими, чем
и объясняется смешанный характер спектров флуоресценции (рис. 17). Вслед
за Бордма-ном фрагменты хлоропластов, обогащенные фотосистемами I и II,
были получены рядом авторов (Вернон, Митчел, Шлык и др.). Они
использовали для дезинтеграции хлоропластов не только дигитонин, но и
другие детергенты (тритон X-100, додецилсульфат натрия), ультразвук, а
также простое механическое раздробление хлоропластов. Затем фрагменты
разделялись методами гельэлектрофореза или ультрацентрифугирования в
градиенте плотности.
При определенных условиях удается осуществить реконструкцию мембранных
структур из легких и тяжелых фрагментов с частичным восстановлением
функций, свойственных фотосинтетическому аппарату.
Наконец, необходимо упомянуть о "генетическом" разделении двух фотосистем
- использовании мутантов, дефицитных по переносчикам электронов. Был,
например, получен мутантный штамм водоросли Chlamidomonas reinhardii,
хлоропласты которого не содержали пластоцианина. Как и ожидалось,
фрагменты хлоропластов это-
Рис. 17. Спектры флуоресценции хлоропластов (1) и их легких (2) и тяжелых
(3) фрагментов (Г=77 К) (Кок В., Ru-rainski Н., 1966)
78
Глав'а IV. Фотосинтез
го мутанта не обладали способностью к восстановлению НАДФ, но приобретали
ее после добавления экзогенного пластоцианина.
Итак, "восходящий" транспорт электронов "питается" энергией света,
поглощаемого двумя фотосистемами. Перенос каждого электрона от воды к
НАДФ через цепь переносчиков требует поглощения не одного, а, по крайней
мере, двух квантов света двумя различными формами хлорофилла а - Рвэо и
Р700.
К настоящему времени мы располагаем сведениями о природе партнеров в цепи
транспорта электрона, об их относительной концентрации
[переносчик]/[хлорофилл]. Последовательность расположения переносчиков
