Фотосинтез С3 и С4 растений механизмы и регуляция - Эдвардс Дж.
Скачать (прямая ссылка):
КЛЕТКА ОБКЛАДКИ ПРОВОДЯЩЕГО ПУЧКА
ЦИТОЗОЛЬ МИТОХОНДРИЯ
Рис. 12.17. Предполагаемый транспорт метаболитов в митохондриях во время декарбоксилирования аспартата при участии NAD-МДГ (декарбоксилирую-щей).
проводящих пучков, из чего можно сделать вывод о том, что оба этих вещества специфически ингибируют декарбоксилиро-вание С4-кислот.
Для того чтобы декарбоксилирование 14С-4-аспартата в клетках обкладки проводящих пучков в присутствии D.L-глн-церальдегида шло с максимальной скоростью, необходимо добавить 2-оксоглутарат или пируват. З-Меркаптопиколшювая кислота сильно ингибирует декарбоксилирование аспартата у ФЕП-КК-растений (но не действует на растения NAD-МДГ-или NADP-МДГ-типа). Таким образом, главный путь декарбоксилирования аспартата у этих растений, по-видимому, включает в себя ФЕП-карбоксикиназу. Свет стимулирует декарбоксилирование 14С-4-аспартата в клетках обкладки проводящих пучков у ФЕП-КК-растений. Причина такой стимуляции непонятна; возможно, что в результате фотохимических реакций образуется АТР, необходимый для декарбоксилнроваиия, катализируемого ФЕП-карбоксикиназой. У NAD-МДГ-растений скорости декарбоксирования аспартата на свету и в темноте одинаковы. Это вполне естественно, поскольку для декарбокси-
лирования аспартата под действием NAD-МДГ энергии ие требуется.
Скорость декарбоксилирования аспартата в митохондриях обкладки проводящих пучков NAD-МДГ-растений возрастает после внесения в среду малата, Pi и 2-оксоглутарата. Для того чтобы аспартат превратился в митохондриях в пируват н СОг,, необходимо поступление аспартата и 2-оксоглутарата внутрь оргаиеллы в обмен на глутамат и пируват. Малат и Pi служат своего рода катализаторами метаболического превращения аспартата в пвруват и С02.
В митохондриях млекопитающих и в митохондриях из нефотосинтезирующих растительных тканей поглощение малата может быть связано с переносчиками фосфата. Высокое отношение NADPH/NAD+ в митохондриях обкладки проводящих пучков должно способствовать превращению аспартата в малат, так как для этой реакции необходим NADH. Поглощение малата, сопряженное с функционированием переносчиков фосфата п дикарбоновых кислот, может влиять «а окислительно-восстановительное состояние митохондрий н таким образом способствовать достижению максимальной скорости превращения аспартата в пируват и С02 (рис. 12.17).
В некоторых митохондриях предполагают существование переносчика, обменивающего малат на 2-оксоглутарат. Поэтому малат н Pi тоже могут способствовать облегченному поглощению 2-оксоглутарата. Механизм транспорта веществ в митохондриях клеток обкладки проводящих пучков еще предстоит выяснить.
Источники данных: {2, П, 14, 24, 45, 46],
12.5. Механизмы внутриклеточного транспорта метаболитов
Для фотосинтеза у С4-растений необходимо, чтобы определенные метаболиты С^-Цикла быстро переносились через оболочку хлоропластов и митохондрий. О механизме транспорта метаболитов, особенно в хлоропластах обкладки проводящих пучков и в митохондриях, мало что известно. Связь транспорта метаболитов с С4-циклом была изучена в опытах с хлоропласта-ми мезофилла С4-растеиий. Для этого регистрировали на спектрофотометре при 535 им осмотические изменения объема хлоро-пластов под влиянием субстрата и оценивали методом центрифугирования в силиконовом масле поглощение метаболитов хло-ропластами или их отток в окружающую среду.
Осмотическое набухание применяли в исследованиях транспорта метаболитов в митохондриях млекопитающих, в растительных митохондриях из нефотосинтезирующих тканей и в.
хлоропластах С3- (шпинат) и С4- (росичка кровяная)-растений. Этот метод позволяет выявить суммарное поглощение веществ, но не позволяет оценить и измерить обмен метаболитами (за исключением обмена гидроксил — анион при поглощении солей аммония) через мембраны (гл. 8 и рис. 12.19).
Метод центрифугирования в силиконовом масле можно использовать для выяснения механизма обмена веществ в ходе транспорта и для изучения кинетики этого процесса. Если использовать физиологические концентрации метаболитов, то можно даже различить поглощение за счет диффузии и поглощение с участием переносчика. В отличие от диффузии транспорт, опосредуемый переносчиком, характеризуется кинетикой с насыщением при высоких концентрациях субстрата (обычно в пределах 10 мМ). Ему свойственна высокая чувствительность к температуре, а метаболиты, транспортируемые одним и тем же переносчиком, обычно конкурируют друг с другом. Поглощение, опосредуемое переносчиком, подавляется некоторыми •сульфгидрильиыми реагентами. [Сульфгидрильные реагенты взаимодействуют с сульфгидрильиыми группами белков и таким образом мешают белку выполнять его каталитическую функцию.] Ингибирование поглощения, например специфическими аналогами субстрата, также служит доказательством участия в этом процессе переносчика.
Переносчик пиру вата в хлоропластах мезофилла Ci-растений
В хлоропластах мезофилла С4-растений (росичка кровяная) присутствует электрогенный переносчик пирувата (транспорт метаболитов на переносчике не электронейтрален), Интактные хлоропласты, сохраняемые в сорбитоле (0,25 М; взят в качестве осмотика), сразу же сжимаются после добавления 0,1 М пирувата калия. Исходный объем хлоропластов снова восстановится, если произойдет поглощение растворенного вещества как единого целого (т. е. если через мембрану пройдут и катион, и анион). Добавление валиномицииа, который облегчает транспорт К+, ведет к быстрому набуханию хлоропластов. Это говорит о том, что проникающим ионом является аниои пнру-вата. В то же время валиномицин не вызывает набухания хлоропластов шпината в присутствии пирувата калия, что свидетельствует о том, что анион пирувата ие проникает в хлоропласты Сз-растений. Некоторое набухание хлоропластов мезофилла С^растений -наблюдается в присутствии 0,1 М пирувата аммония, однако этот процесс идет не столь быстро, как поглощение пирувата калия в присутствии валиномицина. Отсюда следует, что обмен пируват — гидроксил чем-то лимитиру-
