Фотобиология - Конев С.В.
Скачать (прямая ссылка):
его заключительных стадиях (после P4i9) регистрируются продукты Рб4о и
Р520, не обнаруживаемые при низких температурах.
В ходе тщательного систематического исследования с фиксацией
промежуточных продуктов при низкой температуре (-180° С) Ф. Ф. Литвин и
С. П. Балашов обнаружили ряд дополнительных фотопродуктов: Р585, Р565.
Р&ъ Р590, Рбго и изучили их световые и темновые превращения (см. схему).
Было установлено, что 1) три продукта Рбвб, Р565 и Р421 расположены на
пути терминальной стадии темновой регенерации Р570 и Р419; 2) все
интермедиаты способны к превращениям после поглощения второго кванта
света; 3) первичные реакции бактериородопсина Р57о, происходящие при
температуре - 180° С, генерируют продукты, спектр поглощения которых
сдвинут в длинноволновую сторону; 4) фотопревращения продуктов темновых
реакций (Р550. Р419. Рьъь и Р585) обязательно включают темновую стадию;
5) фотопревращение любого интермедиата совершается в направлении
состояния, из которого он возник, т. е. каждый последующий квант обращает
изменения, вызванные предыдущим; 6) темновые и световые реакции
промежуточных продуктов не совпадают; 7) все световые реакции
фотообратимы. По-видимому, обратимость превращений имеет определенное
значение для обеспечения возможности многократного использования одних и
тех же молекул бактериородопсина при генерации химической энергии.
Как сам бактериородопсин, так и промежуточные продукты его
фотопревращеиия обладают способностью к флуоресценции при низкой
температуре (-196°С). (У пурпурных мембран зарегистрированы максимумы
флуоресценции при 595, 650, 700, 730 и 780 нм.) Спектры поглощения
бактериородопсина и его фотопродуктов имеют сложную структуру, включающую
несколько полос. Структурированность спектра наиболее выражена У
коротковолновых Продуктов Рид, Р421 И Р433 (полосы
114 Глава V. Бактериородопсиновый фотосинтез макроэргов
при 376, 400, 421, 448 нм в спектре Pi2i) и наименее выражена у Р570
(полосы при 540, 578 и 608 нм).
В 1973 г. Остерхельтом и Стокениусом показано, что освещение галобактерий
приводит к выбросу ионов водорода из клетки в среду и созданию протонного
трансмембранного потенциала. В присутствии ингибиторов фо-сфорилирования,
препятствующих расходу протонов на синтез АТФ, величина
светоиндуцированного электрохимического потенциала может достигать 150
мВ.
Позднее Остерхельт и Хесс обнаружили, что выброс протонов сопряжен со
светоиндуцированным переходом Р570-Э-Р419, а их связывание мембраной - с
обратным тем-новым переходом Рш -*¦ Рыо- За один цикл (см. схему)
происходит выделение одного протона в наружную среду и поглощение одного
протона из внутриклеточного объема.
На инициацию этого процесса от электронно-возбужденных состояний
бактериородопсина однозначно указывает и совпадение спектра
фотоиндуцированного выброса протонов со спектром поглощения
бактериородопсина. Прямое участие бактериородопсина в антитермодинами-
ческом транспорте Н+ продемонстрировано также в лабораториях Рэкера и В.
П. Скулачева на примере модельных систем: на искусственных фосфолипидных
мембранах, замкнутых в микропузырьках,- липосомах, в состав которых
вводился предварительно выделенный бак-териородопсин. Поглощение света
бактериородопсином липосом сопровождается поглощением протонов с обра-
Глава V. Бактериородопсиновый фотосинтез макроэргов 115
зованием концентрационного градиента водородных ионов и трансмембранного
электрохимического потенциала. Тот же результат был получен и на плоской
фосфо-липидной мембране с инкорпорированным в нее бактери-ородопсином.
После включения света возникала разность потенциалов, которая прямо
регистрировалась вольтметром от электродов, погруженных в раствор по обе
стороны искусственной фосфолипидной мембраны.
О времени возникновения электрохимического потенциала можно судить по
времени жизни самого долгоживущего интермедиата в цикле фотохимических
превращений бактериородопсина. Оно составляет величину порядка 20-70 мс.
Возникает вопрос, откуда берутся протоны и как они транспортируются
против электрохимического потенциала (снизу вверх в шкале энергий) сквозь
плазматическую мембрану?
Наиболее вероятно, что источником протонов служит вода. Косвенным образом
в пользу этого уже свидетельствуют приведенные выше опыты с
искусственными фос-фолипидными мембранами. Более конкретные
доказательства получены в лаборатории Стокениуса, по данным которого
бактериородопсин мембранных фрагментов галофильных бактерий с большой
скоростью обменивает свой водород у Шиффова основания ретиналя на
дейтерий тяжелой воды. Это указывает на важную роль Шиффовой связи
ретиналя для транслокации протонов. Аргументом для такого заключения
являются опыты, выполненные рядом авторов, согласно которым Шиф-фово
основание ретиналя, протонированное в темноте, теряет свой протон под
действием света.
В настоящее время трудно сказать, у какого промежуточного продукта
бактериородопсина происходит резкое уменьшение сродства к протону. Ф. Ф.
