Энергетика биологических мембран - Скулачев В.П.
ISBN 5-02-004027-4
Скачать (прямая ссылка):
*3 "R ТТ РилгтгатгАТ*
66
3. Первичные АцН-генераторы
О
I
Рис. 27. Стереоскопическое изображение простетических групп в комплексе реакционных центров из Rps. viridis по данным рентгеноструктурного анализа
а — вид сбоку на комплекс. Пунктирные линии 0 и I обозначают соответственно предполагаемую внешнюю (периплазматическую) и внутреннюю (цитоплазматическую) поверхности мембраны Rps. viridis. Видны четыре гема (с), (БХл)2 и два мономера БХл, два БФео, MQ и негемовое железо (Fe) комплекса реакционных центров; б — (БХл)2. Вводной из двух молекул БХл пронумерованы кольца порфириновой системы (по: Дайзенхофер и соавт. [453])
3.1. Циклическая светозависимая редокс-цепь
67
1
С
3.1.2.3. Последозателъностъ реакций переноса электронов
После выяснения пространственного расположения редокс-групп в комплексе реакционных центров можно считать доказанным следующую цепь реакций переноса электронов, включенных между БХл и CoQ:
(9)
3. Первичные Au Н-генераторы
Рис. 27. (окончание)
Именно такая последовательность событий была постулирована на основании данных по спектральным изменениям бактериохло-рофиллов и БФео в ответ на пикосекундную вспышку лазера. Пример подобного опыта приведен на рис. 29. Видно, что вызванное вспышкой окисление (БХл)2 сопровождается восстановлением БХл и БФео. Все эти процессы завершаются в течение 20 пс [1375, 1378]. Сплошные кривые на рис. 29 показывают кинетики переноса электрона, рассчитанные по следующей схеме:
* Ki кг
БХл , —? БХл —БФео,
2 К,
где \!КХ = 3 пс и 11К2 = 1 /К3 = 0,3 пс.
Следующий этап — восстановление MQ посредством БФео' — происходит с U/2 около 230 пс, a t>/2 восстановления (БХл)2‘ до (БХл)2 в случае Rps. viridis оказывается порядка 270 не [734] (на рис. 29 не показано).
Изучение реакционных центров Rps. viridis, проведенное в нашей группе, показало, что донором электронов для восстановления (БХл)г служит один из гемов четырехгемового цитохрома с, характеризующийся a-максимумом поглощения при 559 нм и ре-
Рис. 28. Соотношение полипептидных и хромофорных компонентов реакционного центра Rps. viridis
Субъединицы L и М обозначены соответственно сплошной и прерывистой линиями (схематическое изображение, предложенное В. А. Шуваловым по материалам Дайзенхофера и соавт. [454])
докс-потенциалом +380 мВ. Можно думать, что именно этот гем располагается непосредственно над (БХл)2 в комплексе реакционных центров. Гем559, в свою очередь, получает электрон от другого гема (поглощение при 556 нм, редокс-потенциал +310 мВ), а тот — от водорастворимого цитохрома с2 [504]. Роль еще двух гемов цитохрома с (редокс-потенциалы +30 мВ и —50 мВ) остается неясной. Михель и его коллеги [453] предполагают, что эти гемы участвуют в окислении H2S до S.
Чрезвычайно высокая скорость первичных процессов фотосин-тетического переноса электронов заслуживает специального обсуждения. Как уже отмечалось, названные процессы представляют собой самые быстрые химические реакции среди всех известных в биологии. По-видимому, благодаря столь высоким скоростям удается предотвратить окисление возбужденного БХл кислородом [285]. Редокс-потенциалы этих двух компонентов столь сильно отличаются, что их взаимодействие представляется термодинамически очень выгодным. По крайней мере три механизма исполь-
70
3. Первичные А |ш II-генераторы
Рис. 29. Быстрая ки~ нетика изменений по" глощения света (ДА) мо" дифицированными комплексами реакционных центров Rps. sphaeroi-des без одной из двух молекул мономера бактериохлорофилла (БХлм) Снижение Аюа — переход БХл2 в возбужденное состояние. Снижение Ав75 — образование (БХл)^. Снижение А8С 5 — восстановление (BXn)L- Снижение восстановление БФео. Возбуждение достигалось вспышкой лазера №/2= 0,2пс). Начальное возрастание поглощения при 755 нм обусловлено переходом (ЕХл)2 в (БХл)* (по: Матвеец и соавт. [89])
зуются для того, чтобы предотвратить атаку возбужденного БХл кислородом.
1. Первичный донор электронов, т. е. (БХл)*, и промежуточные акцепторы (БХл, БФео и хиноны) расположены очень близко друг к другу, так что могут быть достигнуты максимальные скорости переноса электронов.
2. Это обстоятельство позволяет использовать в фотосинтезе короткоживущее синглетное состояние возбужденного хлорофилла, а не долгоживущее триплетное, сократив тем самым до минимума время жизни весьма реакционноспособного БХл* и, следовательно, вероятность его взаимодействия с кислородом.
3. В фотосинтетической мембране имеется большое количество антиоксидантов. Таковы прежде всего каротиноиды, а также CoQ и MQ с их длинными изопреноидными остатками. Антиокси-дантные свойства присущи также и самому БХл [76а].
У Rps. viridis анион-радикал MQ~ — первый промежуточный продукт, чье время жизни сравнимо с таковым для интермедиатов большинства ферментативных процессов. Окисление MQT связанным CoQ занимает порядка 0,1 мс. Поэтому MQ часто называют первичным акцептором электронов. В некоторых бактериях эту роль играет не MQ, a CoQ. В таких случаях каждый комплекс реакционных центров содержит две молекулы CoQ: первичный акцептор CoQa и вторичный акцептор CoQb-
