Фотобиология - Конев С.В.
Скачать (прямая ссылка):
взаимопревращение этих состояний. В результате Ренжеру удалось достичь
хорошего совпадения расчетной и экспериментальной кривых выделения
кислорода как функции числа последовательных флешей. Предполагается,
следовательно, что до тех пор, пока не произойдут сенсибилизированные
хлорофиллом конформационные перестройки в мембране, фотосинтетический
аппарат будет работать в неоптимальном режиме.
Перестройка структурно-функционального состояния мембран хлоропласта при
включении фотосинтетической "машины" следует также из фотоиндуцированных
изменений потенциала мембраны отдельного хлоропласта, зарегистрированного
Ф. Ф. Литвиным с помощью микро-электродной техники.
На тесную взаимосвязь между интенсивностью электронного транспорта в
изолированных хлоропластах и конформационным строением мембранной системы
указывают опыты, в которых зарегистрировано изменение конформации (данные
светорассеяния и электронной микроскопии) при включении и выключении
электронно-го каскада светом.
В мембранном аппарате локализовано (и это очень важно) сопряженное с
транспортом электронов фосфорилирование, по существу близкое к
окислительному фос-форилированию в митохондриях. Есть основания думать,
что механизм сопряжения между окислением и фосфори-лированием
осуществляется с помощью мембран.
Несмотря на огромное количество экспериментальных
104
Глава IV. Фотосинтез
работ в области биоэнергетики, до сих пор окончательно не разрешен вопрос
о том, каким образом свободная энергия, заключенная в восстановленном
переносчике электронов, используется при синтезе АТФ и каков механизм
сопряжения электронного транспорта и фосфорилирования.
К наиболее ранним представлениям о сопряжении транспорта электронов с
фосфорилированием можно отнести гипотезу химического сопряжения. В
первоначальном варианте (Липман) эта гипотеза предполагала, что
восстановленный переносчик электронов образует ковалентную связь с
неорганическим фосфатом, которая в дальнейшем за счет энергии,
выделяющейся при окислении переносчика, становится макроэргической: ПВ-
ЬР-ПВ-Р; пв - Р + Пок -* Пок ~ Р + Пв;
П ок ~ Р'!~ АДФ -"• Пок -f- АТФ.
Усложнением схемы Липмана явилась схема Слейтера, по которой
восстановленный переносчик взаимодействует не с минеральным фосфатом, а с
промежуточным фактором сопряжения X:
Пв-ЬХ-*П~Х+е;
П~Х-ЬР-^Х~Р + Пок;
X ~ Р + АДФ - X + АТФ.
Наконец, была выдвинута идея о трехкомпонентной схеме химического
сопряжения, согласно которой с восстановленным переносчиком
взаимодействуют два фактора сопряжения (ХН и HOY=0), при этом они не
вступают в ковалентную связь с переносчиком, а макро-эргическая связь
образуется за счет индукционного перемещения электронной плотности в
системе восстановленный - окисленный переносчик + фактор сопряжения:
] J S- 5+j I | I j i
Пя • XH + HOY = О^Пв-Х - Y = 0 + H20;
I t
i I \ i , 1 i s+i i
nB.X-Y=0+l4 ггП0К • X~ Y-0 + п';
I t
nOK ¦ X -"4= О + АДФ + Ф pi Пок • XH + HOY = О + АТФ.
14. Мембраны н фотосинтез
105
Однако все перечисленные схемы представляют лишь исторический интерес,
поскольку ни один из первичных макроэргических интермедиатов типа П~Р,
П~Х, X~Y=0 не был выделен из трансформирующих энергию мембран.
В настоящее время наибольшей популярностью пользуются две гипотезы
сопряжения: хемиосмотическая Митчела и конформадионная.
По хемиосмотическому механизму превращение различных форм энергии
осуществляется следующим образом: окислительно-восстановительная энергия
переносчиков ->- энергия электрохимического градиента протонов -"-энергия
АТФ. Гипотеза основывается на нескольких предпосылках: 1) мембрана
непроницаема для воды и протонов; 2) мембрана разделяет реакционное
пространство на внешнее и внутреннее; 3) в ее состав входят переносчики
электронов, обеспечивающие асимметрическое распределение протонов по обе
стороны мембраны; 4) цепь транспорта расположена поперек мембраны.
В конечном счете в ходе окислительно-восстановительных превращений
переносчиков на внутренней стороне мембраны тилакоида постепенно
накапливаются протоны и возникает мембранный протонный потенциал.
Градиент pH между внутренней и внешней фазами тилакоида составляет, по
данным Ягендорфа, примерно 2,7, а мембранный потенциал 50 мВ. Процесс
фосфорилирования сопровождается перераспределением ионов Н+,
противоположным тому, которое возникает при транспорте электронов. По
Митчелу, для синтеза одной молекулы АТФ из АДФ и неорганического фосфата
достаточно перемещения через мембрану двух протонов (см. схему).
Предполагается, что при этом за счет энергии мембранного потенциала
происходит активация фермент-суб-стратного комплекса АТФ-синтетазы, или,
как ее называют в последнее время, протонной АТФ-азы.
В пользу хемиосмотической гипотезы говорят следующие факты: 1)
существование протонного мембранного потенциала и зависимость его от
интенсивности транспорта электронов; 2) корреляция между эффективностью
действия разобщителей на фосфорилирование и протонную проницаемость
