Фотосинтез С3 и С4 растений механизмы и регуляция - Эдвардс Дж.
Скачать (прямая ссылка):
Источники данных: i[16, 24, 26, 43, 50].
12.7. Сгметаболизм, сопряженный с циклическим, псевдоциклическим и нециклическим фотофосфорилированием
В хлоропластах мезофилла С4-растений содержится пиру* ват,ортофосфат — дикиназа, которая вместе с аденилаткиназой использует две молекулы АТР для превращения пирувата в ФЕП (разд. 11.1). При скорости фотосинтеза в листе 200 мкмоль-(мгХл)-1-ч-1 скорость превращения пирувата в ФЕП в расчете на единицу Хл в ткани мезофилла составляет ~400 мкмоль - (мгХл)-1*^-1. Это соответствует скорости потребления АТР в клетках мезофилла ~800 мкмоль - (мгХл)-1--ч-!. Очевидно, метаболизм пирувата в хлоропластах мезофилла предъявляет высокие требования к системе образования АТР при фотофосфорилировании. Это позволяет создать идеальную систему для оценки потенциальных возможностей циклического, псевдоциклического и нециклического фотофосфори-лироваиия в иитактиых оргаиеллах, так как расход АТР очень велик, а нециклический перенос электронов можно контролировать, добавляя оксалоацетат или ФГК.
В экстрактах, полученных из протопластов мезофилла С4-растений, продуктивность фотофосфорилироваиия можно» оценить косвенным путем, измерив зависимое от пирувата связывание ИС02. При фиксации С02, сопряженной с активностью пируват,ортофосфат —дикиназы, пирофосфатазы, аденилатки-назы и ФЕП-карбоксилазы, иа связывание каждой молекулы С02 затрачиваются две молекулы АТР (разд. 11.1). Такую стехиометрию проверили экспериментально, измерив скорость зависимой от пирувата фиксации С02 в темноте в присутствии АТР [она составляет 40—70 мкмоль-(мгХл)-1 -ч-1]. АТР поглощается хлоропластами с помощью переносчика адениловых нуклеотидов, причем на связывание каждой молекулы С02 тратится две молекулы АТР.
Потенциальные возможности циклического фотофосфорили-рования можно оценить, измерив зависимую от пирувата фиксацию С02 на свету в экстрактах протопластов на фоне 2% 02 (чтобы подавить псевдоциклическое фотофосфорилированпе за счет реакции Мелера). Концентрация Хл в пробе при этом должна быть достаточно низкой, чтобы свести к минимуму накопление оксалоацетата. В противном случае оксалоацетат будет взаимодействовать с NADPH через NADP-малатдегидроге-назу и таким образом индуцировать нециклический перенос электронов. В присутствии 2% 02 скорость циклического фото-фосфорилирования составляет ~60—80 мкмоль-(мгХл)-1 -ч~!. Такое фотофосфорилироваиие чувствительно к аитимицпну А (10 мкМ) и ДБМИБ (6 мкМ), но не чувствительно к ДХММ (предполагаемые участки ингибирования представлены па рис. 5.2). На самом деле ДХММ в низкой концентрации (0,2 мкМ) сильно стимулирует циклическое фотофосфорилиро-вание, очевидно потому что этот реагент предотвращает чрезмерное восстановление (разд. 5.4).
Псевдоциклический перенос электронов служит главным источником АТР тогда, когда концентрация 02 в. газовии фазе очень велика, циклический перенос электронов заблокирован антимицином А, а содержание Хл в пробе достаточно мало, чтобы свести к минимуму накопление оксалоацетата. Скорость лсевдоциклического фотофосфсрилирования в атмосфере с 21% 02 близка по величине к скорости циклического фотофосфори-лирования [60—80 мкмоль АТР-(мгХл)-1-ч-1]. Полумакси-мальная скорость лсевдоциклического фотофосфорилироваиия достигается при [02] ~30% (рис. 5.2 и 5.3).
Нециклическое фотофосфорилироваиие служит главным источником АТР для зависимой от пирувата фиксации С02 в присутствии 0,5 мМ оксалоацетата. Скорость этого процесса из фоне 2% 02 (который подавляет псевдоциклическое фотофос-форилирование) и антимицина А (который блокирует цикличе-
ское фотофосфорилирование) составляет 500—700 мкмоль АТР- (мгХл)-1 • ч-1. Как псевдоцикличегкое, так и нециклическое фотофосфорилирование ингибируется ДХММ и ДБМИБ (рис. 5.2 и 5.3).
Поскольку Сграстения расходуют на фиксацию одной молекулы С02 5 молекул АТР и 2 молекулы NADPH (разд. 11.6), следует ожидать, что некоторая часть АТР поступает в результате циклического и псевдоциклического фотофосфорилирова-пия. При отношении Р/2е_=1—2 на 1 молекулу NADPH приходится 2—4 молекулы АТР (разд. 5.14). Зная фотохимические характеристики хлоропластов мезофилла и обкладки проводящих пучков (разд. 11.7), можно предсказать потенциальные возможности циклического фотофосфорилирования у Сграстений, относящихся к разным подгруппам, но ничего нельзя сказать об относительном вкладе циклического п псевдоциклического фотофосфорилирования. Оба этих процесса могут служить важным источником АТР в клетках мезофилла, особенно тогда, когда главным продуктом С^фотосинтеза является аспартат, так как для реакции Алашга+С02—кАспар-тат требуется АТР (разд. 11.1).
Источники данных: [15, 30—33].
12.8. Регуляция ферментов С4-цикла
а) Освещение этиолированной ткани
В этиолированной ткани активность ферментов, которые участвуют в фотосинтезе, зачастую очень невелика, но она возрастает во много раз после позеленения такой ткани. Это справедливо прежде всего для таких ферментов Q-цикла, как пируват,ортофосфат — дикиназа, аденилаткииаза, ФЕП-карбок-силаза, аланин- и аспартатаминотрансферазы и NAD-МДГ (де-карбоксилирующая). У кукурузы и сорго такое индуцируемое светом увеличение активности ФЕП-карбоксилазы, пируват,ортофосфат— дикиназы и аденилаткииазы ингибируется и хлор-амфениколом, и циклогексимидом (двумя ингибиторами белкового синтеза). Это говорит о том, что увеличение активности ферментов в процессе позеленения связано скорее с синтезом белка, чем с активацией светом пред существующих белков. Активность изоцитратдегидрогеиазы и глюкозо-6-фосфат — дегидрогеназы, не принадлежащих к числу ферментов фотосинтеза, не возрастает после освещения этиолированной ткани, т. е. в С4-цикле участвуют вполне определенные ферменты. Так, например, активность ФЕП-карбоксилазы в этиолированной ткани невелика, а в ткани зеленого листа появляется другая изоформа этого фермента. По-видимому, уровень изофермеи-
