Световая фаза фотосинтеза. Фотофизический этап. Электронно-возбужденное состояние пигментов. Представление о фотосинтетической единице. Антенные комплексы. Реакционные центры. Преобразование энергии
Страница 4

Фотосинтез растений » Световая фаза фотосинтеза. Фотофизический этап. Электронно-возбужденное состояние пигментов. Представление о фотосинтетической единице. Антенные комплексы. Реакционные центры. Преобразование энергии

Однако описанная цепь реакций резко замедляется, если не возбуждена ФС I, так как в этом случае весь Пц переходит в восстановленное состояние. При возбуждении П700 в реакционном центре ФС I энергией, эквивалентной 2 квантам длинноволнового красного света, 2 электрона захватываются мономерной формой хлорофилла a

(A1) и затем последовательно передаются переносчикам электронов А2 и Ав (железосерные белки FeS), ферредоксину (водорастворимый FeS-белок) и ферредоксин: NADP-оксидоредуктазе с FAD в качестве кофактора. Наконец, редуктаза восстанавливает NADP + .

На вакантные места в П700+ переходят электроны с Пц, и нециклическая цепь переноса электронов таким образом замыкается. Z-схема убедительно объясняет «эффект усиления Эмерсона», так как только при совместном использовании коротковолновых (ФС II) и длинноволновых (ФС I) лучей красного света интенсивность фотосинтеза будет оптимальной.

Энергия, освобождающаяся при движении электронов от П680 (Е'0 =

—0,8 В) до П700 (Е'о =

+0,4 В), используется для синтеза АТР из ADP и неорганического фосфата (фото-фосфорилирование).

Наряду с нециклическим в мембранах хлоропластов функционирует циклический транспорт электронов,

включающий в себя только ФС I и комплекс цитохромов Ь6 —

f. В этом случае возбужденные молекулы П700

последовательно отдают электроны на А1, А2, АB, Фд, PQ,

цитохром b6

,

FeSR, цитохром f, Пц и, наконец, П700. При этом NADP+ не восстанавливается. Освобождающаяся энергия используется для фосфорилирования ADP.

Интересно отметить, что комплекс цитохромов Ь6

f

функционирует в системе транспорта электронов при фотосинтезе аналогично комплексу III (цит. Ь, C1)

в митохондриях.

Разница в уровнях энергии между П680 и П700 (> 50 кДж) вполне достаточна для фосфорилирования ADP, так как величина высокоэнергетической фосфатной связи АТР равна 30,6 кДж/моль (7,3 ккал). Перепады энергии в ФС I еще значительнее. Однако само по себе освобождение энергии при нециклическом и циклическом транспорте электронов не объясняет, каким образом осуществляется фотофосфорилирование.

Механизм фосфорилирования ADP, сопряженного с деятельностью ЭТЦ , объясняет хемиосмотическая теория, разработанная английским биохимиком П. Митчеллом (1961 — 1966). Для объяснения процессов фотофосфорилирования эта теория была впервые использована А. Ягендорфом (1967).

Сущность хемиосмотической теории состоит в следующем. Цепь переносчиков электронов и прогонов, действующая в соответствии с окислительно-восстановительным градиентом, перешнуровывает мембрану таким образом, что трансмембранный перенос е-

и Н+ в одну сторону чередуется с переносом в обратную сторону только е-.

В результате функционирования такого механизма (Н + -помпы) по одну сторону мембраны накапливается избыток Н+ и возникает электрохимический (т. е. электрический и концентрационный) потенциал ионов Н+, который служит формой запасания энергии. Обратный пассивный ток ионов Н+ через протонный канал Н+-АТРазы, получивший название сопрягающего фактор

CF

1

,

сопровождается образованием высокоэнергетической фосфатной связи АТР.

На рис. 6.1 представлена упрощенная схема расположения переносчиков в мембране тилакоидов, объясняющая механизм фотофосфорилирования. На внутренней стороне мембраны тилакоида под действием света возбуждаются П680 и П700. Электроны от П680 захватываются акцепторами е-

на наружной стороне и передаются на окисленную форму пластохинона (PQ)

липидорастворимого переносчика прогонов и электронов, выполняющего функцию челнока. Принимая два электрона, 2PQ

диффундируют к цитохромному комплексу и захватывают из стромы 2Н + . Электроны с 2PQH2

поступают в цепь: F.eSR -> цит. f -> Пц,-> П700, а ионы Н + попадают в полость тилакоида. Вторая пара ионов Н+ освобождается там же при фотоокислении воды. В ФС I электроны П700 захватываются акцептором А, передаются ферредоксину и затем NADP+ на наружной стороне мембраны, причем 1Н+ используется на восстановление NADP.

Таким образом, из среды, окружающей тилакоид, при поглощении пигментами квантов света исчезают, а во внутренней полости тилакоида появляются протоны. В результате на мембране возникает электрохимический потенциал ионов Н + , который затем используется для фосфорилирования ADP. Этот процесс называется нециклическим фотофосфорилированием.

Страницы: 1 2 3 4 5


Прочие статьи:

Половое размножение
Принципиальное отличие полового размножения от бесполого состоит в том, что в нем участвуют обычно два родительских организма, признаки которых перекомбинируются у потомства. Половое размножение свойственно всем эукариотам, но преобладает ...

Концепция самозарождения жизни из неживого вещества
Вплоть до середины XIX века единственной альтернативой креационизму была концепция многократного самозарождения жизни из неживого вещества. Эта точка зрения возникла в древности в связи с тем, что повседневные наблюдения показывали, как в ...

Архебактерии
Морфологически архебактерии, кратко обозначаемые как археи, не имеют резких отличий от эубактерий. При большом навыке можно отличить их клетки по некоторой угловатости, но эти отличия не выходят, например, за пределы отличий азотобактера ...

Разделы