Наши партнеры

Значительный градиент рН между внутренней и наружной стороной тилакоидной мембраны представляет собой потенциальный источник энергии. Эта энергия может использоваться при обратном перемещении протонов изнутри наружу по особым каналам в «грибовидных выростах», находящихся на наружной стороне тилакоидной мембраны. В каналах находится белок, так называемый фактор сопряжения (ФСО, способный осуществлять синтез АТР. Этот белок, вообще говоря, представляет собой АТР-азу, т. е, фермент, катализирующий распад АТР, но при наличии соответствующей энергии он может катализировать и синтез данного соединения. Энергию поставляют протоны, текущие сквозь мембрану, через ножки и головки грибовидных выростов. Все в целом напоминает преобразование механической энергии в электрическую в гидротурбине. Протоны текут по каналам, в грибовидных выростах до тех пор, пока их концентрация внутри тилаконда превышает наружную концентрацию и, значит, пока электроны под воздействием поглощаемого хлорофиллом света перемещаются по цепи переносчиков. На каждые два переданных по цепи электрона внутри тилакоида накапливается приблизительно четыре протона. На каждые три протона, возвращающиеся (с участием фактора сопряжения) обратно наружу, синтезируется одна молекула АТР.

Восстановление С02 до углевода

Конечными продуктами световых реакций фотосинтеза являются NADPH и АТР. Эти соединения используются затем соответственно как восстановительная сила и как источник энергии для превращения С02 в сахар. Этапы, из которых слагается это превращение, известны под общим названием «темповых реакций» фотосинтеза.

Последовательность реакций на пути превращения СО2 в сахар удалось выяснить благодаря применению радиоактивного углерода, 14С. Этот изотоп углерода, распадающийся с испусканием р-частиц, можно обнаружить при помощи счетчика Гейгера — Мюллера или любого другого детектора радиоактивных излучений. Вводя в фотосинтезирующие клетки радиоактивную СОг, а затем отбирая через определенные промежутки времени различные химические фракции и измеряя их радиоактивность, можно проследить биохимический путь, который проходит в этих клетках 14С. Мелвин Кальвин и Эндрью Бенсон из Калифорнийского университета в Беркли воспользовались этим методом для того, чтобы установить путь фиксации углерода у одноклеточной зеленой водоросли Chlorella. Фотосинтез в клетках Chlorella происходил в присутствии радиоактивной С02. Образующиеся меченые соединения экстрагировали из клеток метанолом, после чего исследуемую смесь разделяли на отдельные компоненты методом двумерной хроматографии на бумаге. Согласно этому методу, разделение смеси проводят сперва в одном направлении с помощью одной системы растворителей,. а затем под прямым углом к первому направлению используют другую систему растворителей. На полученную хроматограмму накладывали рентгеновскую пленку. После проявления этой пленки темные пятна обнаруживались на ней во всех тех местах, где находились соединения, содержавшие радиоактивный углерод. Таким способом удалось выяснить, что в процессе фотосинтеза за несколько минут образуется большое число меченых соединений. Однако, когда время, отведенное на фотосинтез, сократили до 0,5 с, обнаружить удалось одно только трех-углеродное фосфорилированное соединение — 3-фосфоглицериновую кислоту (ФГК). Отсюда был сделан вывод, что ФГК — это первый стабильный продукт, образующийся из С02 в процессе фотосинтеза.

Ступенчатая деградация выделенной радиоактивной ФГК дает возможность показать, что радиоактивную метку (ее обозначают символом *С или 14С) несет карбоксильная (СООН) группа ФГК и что, следовательно, именно она представляет собой видоизмененную форму исходной 14С02. Можно было бы предположить, что поглощаемая 14С02 соединяется с каким-то двууглеродным фрагментом, в результате чего и образуется ФГК, но это не подтвердилось. Кальвин и Бенсон занялись поисками соединения, которое накапливалось бы после исчерпания» запаса С02 в процессе фотосинтеза. Они исходили из предположения, что накапливаться в этих условиях должен был как раз неиспользованный «акцептор С02». Такое соединение действительно было найдено (рис. 4.15 и 4.16) и было идентифицировано как рибулозобисфосфат (RuBP) — пятиуглеродное фосфорилированное соединение, распадающееся после присоединения С02 на две молекулы ФГК. Фермент, катализирующий эту реакцию, рибулозобисфосфат-карбоксилаза, занимает в количественном отношении первое место среди белков, содержащихся в зеленой ткани.

Жизнь растения