Транспорт электронов в биологических системах - Рубин А.Б.
Скачать (прямая ссылка):
Глава 13
ФУНКЦИОНИРОВАНИЕ ВТОРИЧНОГО ХИНОНА В ПЕРВИЧНЫХ РЕАКЦИЯХ БАКТЕРИАЛЬНОГО ФОТОСИНТЕЗА
Было показано, что в фотосистеме II хлоропластов [Хангулов и др., 1974; Bouges-Boequet, 1973; Velthuys, Amesz, 1974; Pulles et al., 1976; Goldfeld et al., 1978; Wolman, 1978; Bowes, Crofts, 1980; Bowes et al., 1980] и хроматофорах фотосинтезирующих бактерий [Vermeglio, 1977; Wraight, 1977, 1979a, b; Barouch, Clayton, 1977; De Grooth et al., 1978; Bowyer et al., 1979; Верховский и др., 1980, 1981; Шинкарев и др., 1981] функционирует двухэлектронный затвор. Роль такого затвора играет вторичный хинон, входящий в состав ФРЦ, который в определенных условиях не отдает электрон в цепь до тех пор, пока не получит второй электрон и полностью не восстановится. При активации реакционных центров кратковременными вспышками света происходит образование семихинонной формы вторичного хинона на нечетные вспышки света и ее исчезновение на четные. Наиболее интенсивно такие двухтактные колебания концентрации семихинона изучались у фотосинтезирующих бактерий, где были обнаружены также двухтактные колебания в поглощении протонов [Barouch, Clayton, 1977; Wraight, 1979; Верховский и др., 1980], образовании трансмембранного электрического потенциала [De Grooth et al., 1978; Верховский и др., 1980], а также в скорости восстановления цитохрома bso [Bowyer et al., 1979].
В данной главе рассмотрено кинетическое поведение вторичного хинона пурпурных бактерий (Rhodospirillum rubrum). Определена зависимость концентрации семихинонной формы хинона от номера вспышки, скорость стремления к стационарной концентрации (затухание колебаний) и другие характеристики. На основе кинетического анализа двойных колебаний концентрации семихинонной формы вторичного хинона оценена величина квантового выхода первичного фоторазделения зарядов в ФРЦ.
13.1. Стабилизация семихинонной формы вторичного хинона
В отсутствие экзогенных доноров электронов, когда исходно восстановленным в темноте является только пигмент (Р) ФРЦ, кинетика редокс-превращений переносчиков электронов в хроматофорах Rs. rubrum может быть описана следующей схемой (см. гл. 12):
Рис. 61. Изменения поглощения в суспензии хроматофоров Rs. rubrum при 450 нм (Р870 + Qn) (а) и 600 нм (Р870) (б), индуцированные вспышкой света
Среда инкубации: 100 мМ КС1, 20 мМ фосфатный буфер, pH 6,86. Оптическая плотность образца при 880 нм в 1 см кювете составляла 3,5 ед. Стрелками указан момент освещения хроматофоров вспышкой света длительностью 2 мс [Верховский и др., 1981]
Рис. 62. Изменения поглощения при 450 нм, индуцированные вспышкой света в суспензии хроматофоров Rs. rubrum в присутствии 10 мкМ ТМФД
а — кинетическая кривая этих изменений, б — спектр быстрой (треугольники) и медленной (кружки) фаз [Верховский и др., 1981]. Сплошная и пунктирная линии соответствуют спектрам Р870 [Лоч, Хейлс, 1979] и убисемихинона [Bensasson, Land, 1973]. Остальные условия, как на рис. 61
kQ т\
P^=±.Qu=^-Qi I
А ?-0 т-\
(13.1)
где Qi и Qn — соответственно первичный и вторичный хиноны ФРЦ.
В этих условиях темновая релаксация индуцированных вспышкой света изменений поглощения при 450 нм в суспензии хроматофоров Rs. rubrum описывается с хорошей точностью одной экспонентой с ti/2~7,5 с (рис. 61 ,а).
При добавлении к хроматофорам экзогенного донора N,N,N',N'- тетраметил-и-фенилендиамина (ТМФД) в кинетике темновой релаксации появляются два компонента, один с более быстрой, а дру-
гой с более медленной кинетикой, чем в отсутствии донора (рис. 62, а). Дифференциальный спектр быстрого компонента имеет максимум при 430 нм, характерный для фотоокисленного пигмента (рис. 62,6), а его кинетика совпадает с таковой, измеренной при 600 нм, где поглощает только пигмент ФРЦ. Спектр медленного компонента совпадает со спектром поглощения убисемихинона (рис. 62,6). Отсюда следует, что быстрый компонент соответствует восстановлению фотоокисленного пигмента ФРЦ, а медленный отражает релаксацию образовавшейся после вспышки света семихинонной формы Qn [Vermeglio, 1977; Wraight, 1977, 1979а, b; De Grooth et al., 1978], Таким образом, наблюдаемые в присутствии экзогенного донора фотоиндуцированные изменения при 450 нм обусловлены, с одной стороны, быстрым восстановлением Р870 экзогенным донором, которое препятствует окислению семихинонной формы вторичного хинона пигментом, а с другой — медленным окислением семихинонной формы Qn медиатором (ТМФД). Редокс-превращения переносчиков в присутствии редокс-ме-диатора могут быть описаны следующей кинетической схемой:
Т 1-л ко т\
м -а-». ----------------------> Qu------------> Qn (13.2)
А ?-0 m-i
к
Здесь М- медиатор (ТМФД).
Рассмотрим процессы, которые разыгрываются в ФРЦ, после освещения его вспышкой света в присутствии медиатора. Поскольку через ~0,2 мс после вспышки света электрон переносится на Qn, то процесс темновой релаксации пигмента ФРЦ, в пренебрежении обратимостью реакций между Qi и Qn, описы-
