Фотобиология - Конев С.В.
Скачать (прямая ссылка):
мембран; 3) синтез АТФ хло-ропластами в темноте при искусственном
создании
106
Глава IV. Фотосинтез
pH-градиента (быстрое перемещение хлоропластов из среды с pH ==4,0 в
среду с pH=8,5).
Все же гипотезу Митчела нельзя считать окончательно доказанной. Более
того, некоторые экспериментальные данные находятся с ней в явном
противоречии. Например, по данным Нишимуры и Мак-Карти, время химической
НАДФН'Н* 2 ^
АДФ АТФ Ф
Ц лул^пластохи-
ir~ii и/ з>нвна
pH*
Хлаг
+¦
V77777777777777
Н' Л<( = 100мВ
/////////у\ /////////У///// ,
Внутренняя фаза
релаксации для фосфорилирования значительно короче, чем для поглощения
протонов (10_1с); фиксированные глутаровым альдегидом хлоропласты
поглощают протоны, но не синтезируют АТФ. Согласно расчетам Н. М. и Д. С.
Чернавских, в условиях импульсного освещения, когда А pH отсутствует, а
АТФ/2е=2 и Н+/е = 2, одной энергии мембранного потенциала недостаточно
для обеспечения наблюдаемого синтеза (АТФ), т. е. имеет место примерно
пятикратный дефицит энергии.
Согласно конформационному (механохимическому) механизму сопряжения,
последовательность превращения энергии выглядит следующим образом:
окислительно-восстановительная энергия переносчика ->- механическая
(конформационная) энергия -*¦ энергия АТФ.
Предполагается, что выделяемая при транспорте электронов энергия
первоначально запасается в виде упругих стерических деформаций мембраны.
Эта конформационная энергия и активирует фермент-субстратный комплекс
АТФ-синтетазы. В целом такой процесс напоминает обра-
14. Мембраны и фотосинтез
107
щенную реакцию мышечного сокращения, при котором энергия АТФ через
структурные перестройки контрак-тильных белков трансформируется в
механическую.
Как и хемиосмотическая, конформационная гипотеза не является окончательно
доказанной, хотя в ее пользу и говорят некоторые факты. Конформации
белковых носителей окисленных и восстановленных переносчиков различаются
между собой. При запускании транспорта электронов в мембранах наблюдаются
структурные перестройки митохондрий и хлоропластов, регистрируемые по
сокращению их объема. Установлено, что конформацион-ные перестройки
хлоропластов происходят только в том случае, если транспорт электронов
сопряжен с фосфори-лированием. В присутствии ингибиторов фосфорилиро-
вания сокращения объема хлоропластов не наблюдается.
В хлоропластах удалось обнаружить ряд так называемых сопрягающих белков
(CFи CF2, CFc), без которых синтез АТФ из АДФ и фосфата не возможен.
Полагают, что сопрягающие белки участвуют в терминальных стадиях синтеза
АТФ и входят в состав мембранных комплексов, ответственных за
транслокацию протонов. Так, например, сопрягающий фактор CF\ представляет
собой белок, состоящий из пяти субъединиц ос, р, у. 6, е. При этом
основные функции сопряжения оказались связанными с а- и у-субъединицами,
формирующими активный центр CFt - место связывания АДФ. Характерно, что
конформация сопрягающего белка CFi определяется исходным состоянием
мембраны хлоропластов. Включение трития в CF 1 у освещенных
(энергизированных) хлоропластов идет более эффективно, чем у
хлоропластов, находящихся в темноте.
Анализ последних работ показывает, что в основе функциональной активности
CFi лежат индуцированные светом конформационные изменения его отдельных
субъединиц. Наиболее вероятно, что подобные перестройки являются
следствием структурного перехода в мембране хлоропласта и (или) в
переносчиках электронов (свет поглощается хлорофиллом). Постулируется
несколько конформационных состояний С/ч: So-состояние, соответствующее
находящимся в темноте хлоропластам, Sp и S2-coctohhhh, возникающие при
энергизации хлоропластов (освещение или кислотноюсновные переходы), 5з->
108
Глава IV. Фотосинтез
состояние, возникающее на свету при добавлении к хло-ропластам АДФ, S4- и
^-химически модифицированные конформеры S3.
Тем не менее, несмотря на отсутствие однозначной схемы сопряжения
транспорта электронов с фосфорили-рованием, определяющая роль мембран в
этом процессе не вызывает сомнения. Действительно, синтез АТФ до сих пор
не удалось воспроизвести в растворе при наличии всех необходимых исходных
ингредиентов. В то же время самые разнообразные химические и физические
воздействия, нарушающие интактную структуру мембран, приводят к
разобщению между окислением переносчиков электронов и фосфорилированием.
Подводя итог сказанному, следует подчеркнуть многообразие проявления
ведущей роли мембран в работе фотосинтетического аппарата. Практически
все стадии фотосинтетического процесса, начиная с поглощения света и
кончая образованием стабильных продуктов, контролируются структурным
состоянием мембраны. В мембране предусмотрено не только правильное
пространственное размещение согласованно взаимодействующих элементов, но
и возможность регуляции эффективности как всего процесса в целом, так и
отдельных реакций через ее структурное состояние.
15. МЕХАНИЗМЫ РЕГУЛЯЦИИ ФОТОСИНТЕЗА
