Фотосинтез С3 и С4 растений механизмы и регуляция - Эдвардс Дж.
Скачать (прямая ссылка):
С-1 СООН СООН
Само по себе включение метки из НС02 в малат и аспартат у Сграстений ничего не говорит об относительной скорости синтеза этих дикарбоновых кислот. Так, например, можно очень быстро пометить аспартат прямо в листе в результате перехода метки из радиоактивного оксалоацетата (при этом переамиии-рование идет намного быстрее, чем обычная реакция). В то же время содержание аспартата остается неизменным. Суммарный эффект можно записать так:
14С-Оксалоацетат -\- Асппртат ——>¦ Оксалоацетат -f- 14С-Аспартат
Реакция идет с участием аспартатаминотрансферазы (рис. 10.4).
Б процессе разбавления 12С02 метка в аспартате должна вновь уменьшиться вследствие изотопного обмена с немеченым оксалоацетатом, но первичный поток углерода может проходить и через малат. Хотя и малат, и аспартат могут непосредственно передавать свой углерод другим соединениям, очевидно, относительная радиоактивность этих кислот после нескольких секунд пребывания на свету не отражает степени их непосредственного участия в Сгдикле.
С4-К.ислоты не относятся к числу конечных продуктов фотосинтеза у Сграстений. Ими являются гексозофосфаты, сахароза и крахмал, для синтеза которых требуются определенные трех-и шестиуглеродные предшественники. Поэтому было необходимо рассмотреть механизм возможного переноса углерода С^кис-лот в трех- или шестиуглеродные соединения и способы непрерывной регенерации акцептора С02, т. е. ФЕП, необходимого для первоначальной фиксации С02 (разд. 10.3). Как уже отмечалось выше, Хэтч и Слэк идентифицировали ряд ферментов Сгпути, правда сначала только у сахарного тростника. У Сграстений такие ферменты, как пируват, ортофосфат — дикиназа, ФЕП-карбоксилаза и NADP-малатдегидрогеназа, участвуют в карбоксилирующей стадии Сгпути и локализованы в клетках
14 СЮксалоацБтзт ~
[Аспартат]
NADPH
NADP
Рис. 10.4. Включение 14С в аспартат в отсутствие суммарного (реального) синтеза.
мезофилла. На этом этапе пируват п С02 превращаются в ма-лат (подробно см. в разд. 11.1).
Пируват + Pj + АТР --->¦
---v ФЕП + АМР + РР| (пируват, ортофосфат—дикиназа) (10.6)
ФЕП + ЫС08- ---->¦ Оксалоацетат-|-Р| (ФЕП-карбокснлаза) (10.4)
Оксалоацотат 4- N ADPH + Н+ ->•
——>¦ Малат + NADP+ (NADP-малатдегидрогеназа) (1 0.7)
Обычно в листьях Сз-растений активность пируват,ортофосфат— дикиназы вообще ие выявляется, в листьях С4-растепий активность ФЕП-карбоксилазы раз в 50 выше, чем в листьях Сз-растений, а уровень NADP-малатдегидрогеиазы достаточно высок и у тех и у других.
Применив иеводные среды, состоящие из смеси гексаиа и четыреххлористого углерода (в таком соотношении, чтобы плотность среды составляла 1,3—1,4 г/мл), Слэк и др. (Slack et al., 1969) получили первые доказательства, что некоторые фотосин-тетические ферменты в листьях С4-растений по-разному распределены между хлоропластами мезофилла и хлоропластами обкладки проводящих пучков. Основанием для разделения хлоропластов (в этой работе, из кукурузы) на два типа послужил тот факт, что хлоропласты мезофилла не содержат крахмала и имеют меньшую плотность, чем содержащие крахмал ;хлоро-пласты обкладки проводящих пучков. Пируват,ортофосфат — дикиназа и NADP-малатдегидрогеназа, участвующие в реакциях С4-пути, локализованы в хлоропластах мезофилла. Точное нахождение ФЕП-карбоксилазы не было установлено, так как результаты опытов, в которых применяли неводные среды, сильно варьировали. Ограниченность используемого метода разделения хлоропластов (низкий выход хлоропластов обкладки проводящих пучков, недостаточная чистота получаемых фракций и возможное загрязнение хлоропластов ферментами цитозоля) и отсутствие определенных сведений относительно энзимологии С4-фотосинтеза не позволяли сделать вполне определенных выводов. Точная локализация ферментов была установлена только в последующих экспериментах, проведенных на изолированных клетках и протопластах (гл. 11).
Источники данных: [8, 9, 28, 40].
10.3. Метаболизм Са-дикарбоновых кислот
Установлению механизма передачи углерода С-r кислот в ФГК и другие продукты фотосинтеза у С4-растений во многом способствовали исследования, проведенные в начале семидесятых годов во многих лабораториях. Сначала Слэк и Хэтч (Slack,
Рис. 10.5. Гипотетические реакции транскарбоксшгароваиия после фиксации COs с участием ФЕП-карбоксилазы (Hatch, Slack, 1966; 1970).
Hatch, 1967) обнаружили, что активность РуБФ-карбоксилазы в листьях Сграстеиин очень мала и составляет приблизительно 20—35 мкмоль-(мгХл)-1 ч-1, тогда как скорость фотосинтеза у Сграетеиий близка к величине 200 мкмоль СОг - (мг Хл)-1 ч-1. Поэтому в то время С^путь рассматривали как путь, альтернативный ВПФ-пути. Чтобы логически объяснить наблюдения, сделанные в опытах по разбавлению импульсной метки в целых листьях, Хэтч и Слэк предположили наличие в клетках специального фермента траискарбоксилазы. Такая транскарбоксила-за должна была катализировать прямой перенос карбоксильной группы С4-кислоты либо иа С2-, либо на Сб-соединение, что должно было затем приводить к образованию ФГК. Поскольку для истинной фиксации С02 (гл. 6) требуется автокатализ, в дополнение к транскарбоксилазе в реакциях должны были участвовать ферменты, регенерирующие С2- или Cs-акцептор.
