Восстановленный ферредоксин
Cтраница 2
В экспериментах, выполненных в ранний период исследований, было обнаружено, что для фиксации N2 в бесклеточных экстрактах требуется пируват натрия. Оказалось, что пируват расщепляется под действием пируват-формиат-лиазы ( рис. 8 - 19), поставляя клеткам два важных продукта: АТР и восстановленный ферредоксин. [16]
 |
Пентозофосфатный восстановительный цикл углерода ( цикл Кальвина.| Восстановительный цикл карбоновых кислот ( цикл Арнона. [17] |
В то же время есть данные, что у зеленых бактерий, а также у некоторых пурпурных бактерий ( R. В этом цикле углекислота фиксируется на органических кислотах, причем две реакции, а именно карбоксилирование ацетил - КоА и сукцинил - КоА, происходят при участии восстановленного ферредоксина. В последнее время, однако, появились сомнения относительно возможности функционирования полного цикла Арнона, поскольку у некоторых зеленых и пурпурных бактерий не удалось показать превращения цитрата в оксалоацетат и ацетил - КоА, без чего данный механизм функционировать не может. Но, несомненно, реакции карбоксилирования, входящие в этот цикл, имеют место. [18]
Рассмотрим еще один пример железосерного белка - ферредоксин из петрушки. Он содержит по два атома железа в молекуле, и его окисленная форма претерпевает одноэлектронное восстановление с образованием парамагнитного состояния. В спектре ПМР восстановленного ферредоксина имеется восемь сильно сдвинутых сигналов, которые также приписаны четырем метиленовым группам цистеиновых остатков, выступающих в качестве лигандов железа. Обмен электронами между двумя железными центрами может происходить лишь с достаточно низкой скоростью, не приводящей к уширению или усреднению обоих сигналов. [19]
Так как пируват ( благодаря существованию дополнительных стадий кар-боксилирования; см. гл. XI) является предшественником различных ди-и трикарбоновых кислот цикла лимонной кислоты, а следовательно, и всех тех углеводов и аминокислот, которые происходят от этих соединений, то реакция ( XII. Открыта еще одна функция восстановленного ферредоксина - участие в фиксации азота. В реакции, катализируемой АТФ-зависимым ферментом ( ферментами) нитрогенавой и приводящей к превращению N2 в NH3, в качестве восстановителя может использоваться либо молекулярный водород, либо Фдгесг ( см. гл. [20]
Восстановление на свету ферредоксина происходит и при циклическом и при нециклическом переносе электрона. Различия в обоих путях начинаются с акцепторов, включающихся в транспортную цепь после ферредоксина. В нециклическом пути электрон с восстановленного ферредоксина переносится на НАДФ при участии флаво-протеинового фермента ферредоксин - НАДФ-редуктазы. Этот процесс включает два этапа: I) реокисление фртовосстановленного ферре-доксина - НАДФ-редуктазой; 2) реокисление восстановленного фермента никотинамидадениндинуклеотидфосфатом. [21]
В связи с этим особо важное значение приобретает превращение ацетил - КоА, ведущее к синтезу ацетата, поскольку именно с этим путем связано дополнительное получение клостридиями энергии в процессе маслянокислого брожения. Сначала имеет место окислительное декарбоксилирование пировиноградной кислоты, катализируемое пируват: ферредоксин-оксидоредукта-зой. Далее с помощью гидрогеназы происходит выделение молекулярного водорода с восстановленного ферредоксина. [22]
Таким образом, накопление фруктозо-1 6-дифосфата служит сигналом, выключающим процесс карбоксилирования, тогда как появление фруктозо-6 - фосфата в высоких концентрациях инициирует реакции цикла Кальвина. Отсюда следует, что функционирование цикла Кальвина, подобно реакциям глюконеогенеза ( гл. В хлоропластах этот фермент активируется светом, действие которого опосредуется восстановленным ферредоксином. Другим аспектом регуляторного процесса является активация 3-фос-фоглицератом синтеза ADP-глюкозы из глюкозо-1 - фосфата - регуляция опережающего типа ( рнс. [23]
Эта поправка рассчитана по формуле АД / 1 - RTln ( Ю-3) 4 2 ккал, где Л - газовая постоянная, а Т - абсолютная температура. Общее количество энергии, накопленной в реакции ( 1а), составляет 112 ккал. Можно рассчитать эффективность функционирования цикла и для случая, когда имеет место гипотетическое восстановительное карбок-силирование [ уравнение ( 23) ], идущее с использованием в качестве восстанавливающего агента восстановленного ферредоксина. [24]
В последние годы появились работы, показавшие, что у ряда фотосинтезирущих организмов первичная фиксация С02 и дальнейшие ее превращения на свету могут идти и не по восстановительному пентозофосфатному циклу. Особенности пути превращения углерода в процессе фотосинтеза у некоторых растений ( С - путь фотосинтеза) излагаются ниже. Кроме того, открыт другой путь фиксации С02 и у фотосинтезирующих бактерий. Сравнительно недавно выявлен и другой путь фикса ции и восстановления СОр бактериями. Все исследованные фото-сиятезирувдие и некоторые анаэробные нефотосинтезирующие бактерии оказались способными синтезировать кетокислоты из С02 и апетил - и сукцшшл - КоА путем восстановительного карбоксилиро-вания при участии восстановленного ферредоксина в качестве донора водорода. [25]
Фотохимически активный реакционный центр фотосистемы I содержит Хл а ( Р700), играющий роль первичного донора электронов в первой фотореакции. Световая энергия, поглощаемая светособирающими пигментами фотосистемы I, передается в реакционный центр и переводит в возбужденное состояние Xna. Это приводит к окислению Хла ], т.е. к отдаче им одного электрона. Другими словами, в результате отдачи электрона в реакционном центре образуется дырка, или электронная вакансия. Эта дырка тотчас же заполняется другим электроном, поступающим по специальному электрон-транспортному пути. Этот акцептор в свою очередь отдает электрон ферредоксину, а с восстановленного ферредоксина восстановительная сила может передаваться на NADP или другие акцепторы. [26]
Железосерные белки обычно входят в состав электрон-транспортных цепей. Было показано, что они также могут быть объектом исследования методом ЯМР. Например, методом ЯМР было-проведено сопоставление свойств двух таких белков - ферредок-сина и рубредоксина из Clostridium pasteurianum. Ферредоксин из этого источника содержит 6 - 8 атомов железа в молекуле и вступает в двухэлектронные реакции окисления и восстановления. Показано, что атомы серы восьми цистеиновых остатков связаны с железом одновременно с кислотнолабильной серой. Последующее изучение температурной зависимости спектров ЯМР показало, что возможно существование магнитной восприимчивости двух типов. Магнитная восприимчивость восстановленного ферредоксина подчиняется закону Кюри, тогда как магнитная восприимчивость окисленного ферредоксина увеличивается с повышением температуры. Отсюда был сделан вывод о наличии интенсивного антиферромагнитного взаимодействия между атомами железа. По-скольку и окисленный, и восстановленный ферредоксин парамагнитен, можно ожидать, что железосодержащие центры будут возмущать спектр протонного магнитного резонанса белка. В спектре ферредоксина имеется восемь резонансных сигналов, сильно сдвинутых в слабое поле, интенсивность которых, по данным сопоставления со стандартом, соответствует восьми протонам на моль белка. Температурная зависимость положений этих сигналов коррелирует с температурной зависимостью магнитной восприимчивости, так что сдвиги, вероятно, обусловлены контактным механизмом. [27]
Железосерные белки обычно входят в состав электрон-транспортных цепей. Было показано, что они также могут быть объектом исследования методом ЯМР. Например, методом ЯМР было-проведено сопоставление свойств двух таких белков - ферредок-сина и рубредоксина из Clostridium pasteurianum. Ферредоксин из этого источника содержит 6 - 8 атомов железа в молекуле и вступает в двухэлектронные реакции окисления и восстановления. Показано, что атомы серы восьми цистеиновых остатков связаны с железом одновременно с кислотнолабильной серой. Последующее изучение температурной зависимости спектров ЯМР показало, что возможно существование магнитной восприимчивости двух типов. Магнитная восприимчивость восстановленного ферредоксина подчиняется закону Кюри, тогда как магнитная восприимчивость окисленного ферредоксина увеличивается с повышением температуры. Отсюда был сделан вывод о наличии интенсивного антиферромагнитного взаимодействия между атомами железа. По-скольку и окисленный, и восстановленный ферредоксин парамагнитен, можно ожидать, что железосодержащие центры будут возмущать спектр протонного магнитного резонанса белка. В спектре ферредоксина имеется восемь резонансных сигналов, сильно сдвинутых в слабое поле, интенсивность которых, по данным сопоставления со стандартом, соответствует восьми протонам на моль белка. Температурная зависимость положений этих сигналов коррелирует с температурной зависимостью магнитной восприимчивости, так что сдвиги, вероятно, обусловлены контактным механизмом. [28]
Страницы: 1 2