Фотобиология - Конев С.В.
Скачать (прямая ссылка):
нециклический процесс. Он активируется такими катализаторами, как
феназинметасульфат, флавинмононукле-отид, витамин Кз- В противоположность
циклическому псевдоциклическое фосфорилирование подавляется диуроном и
требует присутствия кислорода, который вовлекается, по-видимому, в цепь
окислительно-восстановительных превращений.
Наиболее высокая скорость синтеза АТФ зарегистрирована в случае
циклического фосфорилирования: в присутствии феназинметасульфата
хлоропдасты в час погло-
9. Расщепление воды и выделение кислорода
85
пшют 1000-2000 мкмоль неорганического фосфата на I мг хлорофилла.
Значительно медленнее синтезируется ЛТФ при нециклическом (50-200) и
псевдоциклическом фосфорилировании (менее 50 мкмоль фосфата в час на I мг
хлорофилла).
Рассмотрим теперь имеющиеся данные о количестве п конкретной локализации
сопрягающих центров в нециклическом фосфорилировании. В работах японского
исследователя Изавы показано, что в цепи транспорта электрона между Q и
Р700 функционируют два сопрягающих центра. Один из них (центр II)
локализован в цепи между пластохиноном и цитохромом f, а другой (центр I)
- находится между Q и участком цепи, атакуемым диуроном.
С помощью соответствующих ингибиторов транспорта, доноров и акцепторов
электронов удалось оценить эффективность фосфорилировании в каждом из
центров. Так, при оптимальных условиях величина Р/2е для центра I
оказалась равной 0,6-0,7, а для центра II - 0,3-0,4.
Центры обнаруживают различную чувствительность к ингибиторам и
характеризуются различными pH опти-мумами.
9. РАСЩЕПЛЕНИЕ ВОДЫ И ВЫДЕЛЕНИЕ КИСЛОРОДА
В 1941 г., используя метод меченых атомов (Н2О18), советские ученые А. П.
Виноградов и Р. В. Тейс показали, что источником кислорода, выделяющегося
при фото-
синтезе, является не углекислый газ, а вода. Тем не ме-
нее внутренний механизм разложения воды до сих пор
окончательно не выяснен. Очевидно только то, что с водой должен
реагировать сильный окислитель с Еи^+ 0,81 В. Как уже отмечалось,
наиболее распространена точка зрения, что расщепление воды осуществляется
в пределах фотосистемы II. При этом с водой взаимодействует не сам
хлорофилл, а некий окислитель (Z) не-
известной природы. По мнению Киаффа и Арнона, в
окисление воды в пределах фотосистемы II вовлекается
высокопотенциальный цитохром 6559. Однако эксперимен-
тального подтверждения это предположение еще не по-
лучило.
86
Глав/й IV. Фотосинтез
С другой стороны, в работах В. М. Кутюрина развивались представления о
том, что сам хлорофилл может реагировать с водой. Действительно,
окислительно-восстановительные потенциалы полуокисленной и окисленной
форм хлорофилла имеют высокие положительные значения:
Хл i? Хл+ + е (Eh = 0,73 - 0,77 В);
Хл+ it Хл++ + "(?*== 0,89 - 0,84 В).
Следовательно, Еь, окисленной формы хлорофилла делает термодинамически
возможным прямое окисление воды хлорофиллом системы Н20^±:1/2 02 + 2Н++2е
равен +0,81 В).
По-видимому, вода соединяется водородной связью с кислородом
циклопентанового кольца невозбужденной молекулы хлорофилла. После
возбуждения молекулы хлорофилла электрон от воды переносится к азоту
третьего пиррольного кольца и происходит перестройка в системе
сопряженных двойных связей хлорофилла. В результате вода распадается на
протон и гидроксильный радикал. В дальнейшем, по-видимому, происходит
окисление хлорофиллом гидроксильных радикалов с высвобождением
молекулярного кислорода:
2 [ОН ]---"- 2 [ О ] + 2Н+; 2 [ О ] - 02.
В качестве альтернативного пути рассматривается диспропорционирование
гидроксильных радикалов, образующихся при окислении четырех молекул воды:
4 [ОН-] -+ 2НаО + 02.
Однако для быстрого диспропорционирования корот-коживущих гидроксильных
радикалов (по обеим схемам) необходим специальный механизм их коллектиро-
вания.
Вместе с тем не вызывает сомнения большая роль при разложении воды Mn-
содержащих белков. Было показано, что фрагменты хлоропластов, не
содержащие марганца, не обладают способностью к выделению кислорода на
свету, в то время как Mn-содержащие фрагменты такую способность
обнаруживают. Предполагается, что Мп образует соединения хелатного типа с
белками,
10. Гипотеза о трех фотореакциях
87
ни которых сформированы водоокисляющие комплексы фотосинтетического
аппарата. Согласно Ренжеру, в хло-ропластах представлено два типа доноров
электронов фотосистемы II, один из которых (первичный донор)
непосредственно реагирует с фотохимически активным хлорофиллом, а второй
(вторичный донор) представляет собой белковый комплекс, с которым прочно
связаны 4-6 атомов четырехвалентного Мп4+. Фотоокисление воды, по
Ренжеру, осуществляется в ходе нескольких последовательных реакций,
включающих окисление первичного и вторичного доноров, воды и образование
молекулярного кислорода.
Характерно, что водоокисляющие комплексы хлоропластов очень чувствительны
к экстремальным факторам внешней среды. К потере способности окислять
воду приводят: нагревание хлоропластов до высоких температур, их
