Фотобиология - Конев С.В.
Скачать (прямая ссылка):
Литвин и С. П. Балашов указали на резкое увеличение способности Шиффова
основания присоединять протон в результате реакции Р419->Рт- Поэтому
можно думать, что интермедиат Р419 характеризуется низким сродством к Н+.
Итак, протон внутриклеточной воды эффективно связывается Шиффовым
основанием бактериородопсина. Каким же способом и по каким субстратам
достигает
116 Глава V. Бактериородопсиновый фотосинтез макроэргов
этот протон внешней поверхности мембраны? В. П. Ску-лачев предполагает,
что протон передается поэтапно, эстафетно, через периодически
расположенные кислотные группы - карбоксилы белка, фосфатные и сульфо-
группы липидов бактериородопсинового комплекса, либо основные группы -
аминогруппы белка или липида. Нужное расположение всех групп поддерживают
жесткие а-спиральные белковые тяжи, причем тяжи большого кольца несут
один тип протон-проводящего пути (например, кислотные группы), а малого -
другой (основные группы). Переход протона от протонированной группы
донора к соседнему депротонированному акцептору (от RH+ к RO-)
осуществляется при их столкновении в результате конфигурационно-
конформационных движений при структурных перестройках
бактериородопсинового комплекса, например, при цис-транс-изомеризации
рети-наля. По такому механизму протон может успешно преодолеть всю длину
проводящего пути от внутренней к
I О1
внешней поверхности мембраны (около 50 А). Предполагается, что движущей
силой переноса протона против электрохимического градиента является
напряженная конформация бактериородопсинового комплекса, создающаяся в
ходе фотохимической реакции цис-транс-изоие-ризации и конформационной
модификации бактериородопсина.
Вполне возможно, что некоторые из дискретных этапов переноса протона
(например, от воды к Шиффову основанию ретиналя) требуют самостоятельных
энергетических "подкормок" со стороны фотохимических актов. Иными
словами, одна фотохимическая реакция, вероятно, не в состоянии
перебросить протон через мембрану. В этой связи представляют интерес
опыты Стокениуса, в результате которых установлено, что для обмена
водорода бактериородопсинового комплекса на ион дейтерия тяжелой воды
требуется не менее чем четыре коротких импульса света.
Итак, фотохимические процессы, протекающие в бак-териородопсине,
сопряжены с запасанием энергии квантов света в трансмембранном
электрохимическом градиенте ионов водорода, как промежуточном
энергетическом "резервуаре" на пути синтеза микробной клеткой АТФ.
Глава V. Бактериородопсиновый фотосинтез макроэргов 117
Зная величину квантового выхода первичной фотореакции, нетрудно
определить эффективность запасания энергии света галобактериями. Если
принять, что энергия квантов света, поглощаемых бактериородопсином, равна
примерно 2,2 эВ, а перенос одного протона связан с запасанием 0,3 эВ, то
энергетический выход процесса оказывается равным 0,04, что значительно
ниже величины 0,43 - к. п. д. превращения свет-^-промежуточные продукты
при фотосинтезе у зеленых растений (гл. IV).
Светоиндуцируемый синтез АТФ у голодающих (без питания) галофильных
бактерий в анаэробных условиях был впервые обнаружен Стокениусом и
Даноном.
Согласно недавно полученным данным Райнера и Остерхельта, скорость
фотофосфорилирования линейно зависит от содержания бактериородопсина в
клетке и интенсивности света (в интервале Е= 1-200 Вт/м2). При более
высоких интенсивностях света (?'>>250 Вт/м2) наблюдается насыщение
фотофосфорилирования. Для синтеза одной молекулы АТФ необходимо
поглощение бактериородопсином около 22 квантов света.
Образование АТФ подавляется ингибиторами мембранной АТФ-азы и
разобщителями окисления и фосфорилирования, которые, согласно современным
представлениям, делают энергосопрягающую мембрану полностью проницаемой
для Н+. В последнем случае бактерии утрачивают также способность
подкислять на свету окружающую среду. В противоположность этому различные
ингибиторы электронно-транспортной цепи (переносчиков электронов) не
блокируют бактериородопсиновый фотосинтез АТФ.
Чрезвычайно важное значение для понимания природы превращения Дрн+ в АТФ
имеют опыты Рекера и Стоке-ниуса, в которых показано, что фосфолипидные
липосомы, содержащие АТФ-азу (АТФ-синтетазу) из митохондрий сердца быка и
бактериородопсин, способны создавать не только Арн+, но и синтезировать
на свету АТФ из АДФ и минерального фосфата.
Иными словами, для фотосинтеза АТФ необходимо и достаточно три
компонента: малопроницаемый для протонов липидный слой,
бактериородопсиновый комплекс и АТФ-аза. Следовательно,
бактериородопсиновый синтез
118 Глава V. Бактериородопсиновый фотосинтез макроэргов
АТФ не нуждается "в услугах" дыхательной цепи, хотя она и локализована в
той же плазматической мембране, но причинно связан с электрохимическим
градиентом водородных ионов и низкой проницаемостью для них мембранных
структур. Синтез АТФ осуществляется ферментативно, с помощью мембранной
протонной АТФ-азы (АТФ-синтетаза), по-видимому, за счет энергии
