Фотобиология - Конев С.В.
Скачать (прямая ссылка):
Рис. 38. Спектры поглощения фитохрома (1), фикоцианина (2) и ал-
лофикоциаиина (3) из Plectonema boryatium (Hendricks S., Siegel-
man H., 1967)
Рис. 39. Спектры действия конверсии Рт-^Р?зо (1) и Р7з<г*-Рж (2) (а -
экстинкция, <р - квантовый выход) (Butler W. et al., 1965)
Формы фитохрома различаются также и по своим физико-химическим свойствам.
Так, форма Р730 более чувствительна к денатурирующему действию мочевины и
р-хлормеркурибензоата, а форма Рвво быстрее реагирует с альдегидами -
формальдегидом и глютаральдегидом.
Вследствие значительного перекрывания спектров поглощения Рббо и Р730 и
фотообратимого характера реакций при длительном освещении между формами
устанавливается динамическое равновесие, при котором их количественное
соотношение зависит от длины волны света. Так, для 660 нм [/^зоИ-^ббо]
равно 0,75-0,81, а для 730 нм - 0,05. Спектр действия реакции Рббо-*~ -
+Р730 совпадает со спектром поглощения Рвво, а спектр действия Р 7зо-*~Р
ббо - со спектром поглощения Р7зо (рис. 39).
В результате индуктивно-резонансной миграции
1. Спектры действия и фитохром
179
энергии от ароматических аминокислот белкового носителя к хромофору с
эффективностью 30-35% свет, поглощенный белком (Л= 280 нм), оказывается
активным как для прямой, так и для обратной реакции, причем квантовый
выход сенсибилизированной фотоконверсии Рббо также больше, чем квантовый
выход сенсибилизированной фотоконверсии Р730. Наряду с этим отмечается
медленный темновой переход р7зо-+Рбво- Эта реакция активируется
температурой (Qio=2), НАДНг, ФАДН2 и не протекает в отсутствие кислорода,
т. е. имеет, вероятно, ферментативную природу с промежуточным этапом
окислительно-восстановительных превращений. Реакция сопровождается
потреблением энергии (эндер-гонический процесс, связанный, по-видимому, с
расходом АТФ).
Решающее значение для фототрансформации фитохрома имеет не только
интактность билитриеновой группировки, но и нативное состояние белкового
носителя. Если белок денатурировать, свет не индуцирует никаких
спектральных сдвигов. Этим хромофор фитохрома отличается от ретиналя,
который, как известно, способен к обратимым фотопревращениям в растворе и
в отсутствие белкового носителя.
Полностью подтверждают поведение фитохрома in vitro результаты опытов по
обратимой стимуляции и ингибированию морфогенетических процессов красным
(660 нм) и дальним красным (730 нм) светом. Так, спектры действия
ускорения и торможения прорастания L. virginicum и L. sativa близки к
спектрам действия обратимой фотоконверсии фитохрома (см. рис. 37).
Сходным образом спектры действия этиоляции, зацветания и образования
семян различных растений представлены широким максимумом в области 640-
670 нм. С другой стороны, спектры действия торможения этих биологических
эффектов имеют максимум при 730 нм.
Характерно, что для самых разнообразных морфогенетических ответов у
различных растительных объектов действие красного (К) и дальнего красного
(ДК) света прямо противоположно (антагонистично). При многократном
чередовании К- и ДК-освещения биологический
180
Глава IX. Фотоморфогенез
эффект определяется тем светом, который используется последним. Особенно
наглядно это видно из опытов Борсвика, который исследовал действие К- и
КД-света на прорастание семян салата. Результаты (в процентах) этих
опытов могут быть обобщены в следующем виде (слева - характер освещения,
справа - всхожесть) :
Непосредственная связь морфогенетического эффекта с фотопревращением форм
фитохрома вытекает из данных по измерению дифференциальных спектров
поглощения этиолированных растений. Концентрация активных форм фитохрома
может быть определена по изменению оптической плотности этиолированных
листьев после К- и ДК-освещения:
730 нм после К-освещения; ДД^Оузо - то же после ДК-освещения.
Оказалось, что величина А (АД), т. е. концентрация активной формы
фитохрома, хорошо коррелирует с величиной биологического эффекта.
Следовательно, за поглощение биологически активного света ответственны
две формы фитохрома, а их взаимопревращение инициирует последующую цепь
событий.
Необходимо отметить, что как в растворе, так и в клетке фотообратимые
превращения фитохрома подчиняются кинетике реакции первого порядка и,
очевидно, протекают по одноквантовому механизму.
Таким образом, молекулярным акцептором морфогенетически активного света
является фитохром, а пер-
К................
К+ДК ............
К+ДК+К .... К+ДК+К+ДК . . .
К+ДК+К+ДК+К . .
к+дк+к+дк+к+дк .
К+ДК+К+ДК+К+ДК+К
70
6
74
6
76
7
81
1. Спектры действия и фитохром
181
вичные фотохимические реакции сводятся к внутримолекулярным перестройкам
в этом хромопротеиде. Однако вопрос о конкретной природе этих перестроек
еще далек от разрешения, хотя с помощью флеш-фотолиза при 0°С удалось
выявить ряд промежуточных форм в ходе как прямой, так и обратной реакций.
В литературе описывается целый набор промежуточных продуктов и
промежуточных реакций фотоконверсии фитохрома. Так, согласно последним
