Образование АТФ при фотофосфорилировании

Настоящий раздел практикума посвящен экспериментальным приемам, использующимся при изучении биоэнергетических механизмов тканей животных. Употребление понятия биоэнергетика применительно к данному разделу требует некоторых пояснений. Любую ферментативную реакцию можно характеризовать как с точки зрения химического механизма и скорости ее протекания, так и с позиций энергетики — установление констант равновесия отдельных стадий или суммарного процесса, непосредственно связанных с термодинамическими понятиями и величинами. Тем не менее, говоря о биоэнергетике, обычно подразумевают реакции, приводящие к эндергоническому образованию АТФ из АДФ и неорганического фосфата. К таким реакциям относятся дыхательное фосфорилирование, фотофосфорилирование и реакции субстратного фосфорилирования АДФ, связанные с гликолизом и протеканием цикла трикарбоновых кислот. В силу традиции исследования в области биоэнергетики на кафедре биохимии МГУ ограничены тканями животного происхождения. С количественной же точки зрения реакции дыхательного фосфорилирования заведомо превалируют над гликолизом и субстратным фосфорилированием в цикле трикарбоновых кислот. Таким образом, настоящий раздел практикума фактически посвящен описанию экспериментальных подходов к изучению метаболизма митохондрий — внутриклеточных органелл, ответственных за дыхательное фосфорилирование. [c.403]

В фотосинтезе высших растений и водорослей (рис. 10.1) энергия света поглощается и используется для расщепления молекул воды. Этот простой процесс (световая реакция) приводит к выделению кислорода и к образованию восстановительных эквивалентов, которые затем используются в последовательности темновых реакций для фиксации двуокиси углерода в доступной форме углеводов. Углеводы могут утилизироваться как энергетические запасы или как источник углерода для синтеза всех других молекул, в которых нуждается растение. В ходе фотосинтеза происходит образование АТР по сопряженному механизму фотофосфорилирования. [c.327]

Фотосинтетическое фосфорилирование (фотофосфорилирование). Ферментативное образование АТР из ADP, сопряженное со светозависимым переносом электронов в фотосинтезирующих организмах. [c.1021]

Здесь энергия света превращается в энергию макроэргической фосфатной связи АТФ. При нециклическом фотофосфорилировании часть световой энергии затрачивается на образование АТФ, а другая часть — на восстановление никотинамид-аденин-динуклеотид-фосфата [c.135]

Характерная черта циклического фотофосфорилирования — образование АТФ без участия донатора или акцептора электронов. Энергия для появления макроэргических фосфатных связей. ТФ доставляется светом. [c.136]

Биоэнергетика, главным образом механизмы образования аденозинтрифосфата (АТФ) в процессах окисления и фотофосфорилирования. [c.12]

Имеются данные, заставляющие считать, что изменение условий существования или условий проведения опытов может изменить соотношение интенсивностей циклического и нециклического фотофосфорилирования или изменить величину отношения Р/2е", т. е. степень сопряжения образования АТФ и переноса электронов по электронтранспортной системе. [c.190]

С другой стороны, за счет этих добавок процесс образования АТФ может сильно видоизменяться (например, при использовании ФМС происходит укорачивание электронтранспортной цепи). Поэтому в последнее время большее значение стали придавать так называемому эндогенному фотофосфорилированию , осуществляемому за счет внутренних (эндогенных) естественных кофакторов в суспензии хлоропластов, в которой имеются лишь субстраты фосфорилирования (АТФ и Фн), но не названные выше типы добавок. [c.191]

Интенсивность эндогенного фотофосфорилирования сравнительно невелика (добавление ФМС и его производных стимулирует фотофосфорилирование у хроматофоров бактерий в 10, а у хлоропластов — в 2000 раз), но позволяет вполне удовлетворительно оценить роль условий проведения опытов в изменении интенсивности образования АТФ. Например, Нобелем (1967) были установлены оптимальные концентрации осмотически активных веществ, обычно используемых для создания среды, изотоничной по отношению к внутреннему содержимому хлоропластов. Так, для хлоропластов гороха оптимальной концентрацией сахарозы является 0,2 М, а в случае использования хлористого натрия — 0,075 М (фиг. 86). [c.191]

Автор допускал возможность того, что уменьшение отношения, Р/2е могло быть кажущимся, вызванным не разобщающим действием низких освещенностей, а иными причинами. Одной из них могло быть быстрое использование АТФ внутри хлоропластов, т. к. они обладают определенной, пусть небольшой, АТФ-азной активностью. Если при высоких освещенностях доля АТФ, расходуемого в этом процессе, составляла очень небольшую величину от синтезируемой АТФ, то при низких освещенностях она могла сильно возрастать в результате снижения интенсивности фотофосфорилирования. Добавление в суспензию хлоропластов больших количеств АТФ, защищавшего вновь образованный радиоактивный аденозинтрифосфат, показало, что интенсивность фотосинтетического фосфорилирования не изменилась и дело не в АТФ-азной активности. [c.196]

Это свидетельствует о том, что эффект освещенности вызван распадом или обходом каких-то промежуточных продуктов фотофосфорилирования. Подтверждением этой гипотезы могут служить опыты с предварительным освещением суспензий хлоропластов они освещались сильным светом в течение 15 секунд в присутствии тех или иных субстратов, а затем в темноте сразу же или через 5 секунд после освещения в них добавлялись остальные субстраты, необходимые для образования АТФ. В этой реакционной смеси в темноте хлоропласты находились в течение 5 секунд, а затем фиксировались. Результаты опыта представлены в таблице 17. [c.197]

В отличие от описанной выще картины, найдена соверщенно иная зависимость образования АТФ от освещенности у изолированных хлоропластов, осуществляющих эндогенное фотофосфорилирование (фиг. 90). [c.199]

Спектры действия образования АТФ, сопряженного с циклическим и нециклическим транспортом электронов, различны. Используя свет с длиной волны 700 нм и больше, можно обеспечить образование АТФ в хлоропластах только за счет циклического фотофосфорилирования. [c.199]

По Арнону, минимальная температура, при которой возможно образование АТФ, равна —10°, в то время как окислительное фосфорилирование в митохондриях прекращалось уже при —2°С. Интересно, но еще окончательно не доказано мнение о том, что циклическое фотофосфорилирование может осуществляться при более низких температурах, по сравнению с нециклическим. [c.201]

Синтетический цикл карбоновых кислот может действительно запускаться с помощью АТФ и НАДФН в присутствии всех необходимых ферментов и субстратов, но в отсутствие света. Поэтому первичный и вторич-ный фотохимические акты, по-видимому, в конце концов приводят к образованию АТФ и НАДФН путем фотофосфорилирования аденозиндифосфата (АДФ) и восстановлению НАДФ. Эти процессы мы можем представить следующими уравнениями без соблюдения стехиометрии [c.230]

Большой интерес представляет фотофосфорилирование неорганического фосфата в пирофосфат PPi , осуществляемое хроматофорами из R. rubrum. Имеются данные, что образовавшийся таким образом РР далее йовлекается в целый ряд различных энергозависимых реакций, идущих в хроматофорах [110]. Одним из примеров такого рода служит образование NADH в результате обращения потока электронов. Сразу Же возникает вопрос как согласовать эти данные с положением о том, что всегда немедленно гидролизуется (гл. 11, разд. Б, 2) Не исключено, что His только в бактериях, но и в других организмах PPi иногда используется как дополнительный источник энергии. [c.50]

Сз52(/) следующим переносчиком электронов является пластоцианин (РС) — медьсодержащий белок, передающий электрон в реакционный центр ФС I и заполняющий в нем электронную дырку . Часть энергии возбужденных электронов, проходящих через комплекс, образованный РО, цитохромами 559, 552 И РС, трансформируется в химичесвсую энергию АТФ, т. е. идет процесс фотофосфорилирования. [c.215]

II и I, а также участок, соответствующий этапу фосфорилирования. Таким образом, при освещении фотосистемы I электроны могут совершать циклические переходы-покидать реакционный центр фотосистемы I и вновь возвращаться в него. Энергия, необходимая для проведения одного электрона череЬ такой цикл, обеспечивается поглощением одного кванта света. Циклический поток электронов не сопровождается реальным образованием NADPH и вьщеле-нием кислорода, однако ему сопутствует фосфорилирование ADP до АТР-так называемое циклическое фотофосфорилирование (рис. 23-14). Суммарное уравнение для циклического потока электронов и фотофосфорилирования имеет простой вид [c.698]

Фотосинтетический перенос электронов и фотофосфорилирование в хлоропластах во многом сходны с переносом электронов и окислительным фосфорилированием в митохондриях. Это сходство проявляется в следующем 1) реакционные центры, переносчики электронов и ферменты, участвующие в образовании АТР, находятся в мембране тилакоидов 2) необходимым условием фотофосфорилирования является целост- [c.699]

Вода, диссоциируя но схеме НгО- -Н -Ь ОН , служит, с одной стороны, донатором водорода для образования НАДФ Нг, а с другой — источником электронов для хлорофилла. Предполагается, что ОН отдает свой электрон, который переносится через цепь переноса электронов на цитохром и в конечном счете на хлорофилл. При таком переносе освобождается энергия, необходимая для образования макроэргической фосфатной связи. ОН после отдачи электрона служит источником для образования кислорода. В связи с тем, что электрон, освобожденный хлорофиллом, используется для синтеза НАДФ Нг, а хлорофилл присоединяет другой электрон, этот процесс получил название нециклического фотофосфорилирования. Схема этого процесса представлена на рисунке 15. [c.137]

Френкель впервые показал на фрагментах бактериальных хроматофоров, что световая энергия, поглощенная фотосинтезирующей системой, может вызывать этерификацию неорганического фосфата с образованием АТФ. Арнону и его сотрудникам удалось осуществить эту же самую реакцию с препаратами хлоропластов. С тех пор факт фосфорилирования при переносе электронов в процессе фотосинтеза фотофосфорилирование) установлен не менее надежно, чем фосфорилирование при переносе электронов в процессе биологического окисления окислительноефосфорилирование, см. гл. XV). [c.327]

Если растения на свету дышат, то все пять упоминавшихся выше показателей характеризуют результирующую, или видимую скорость фотосинтеза. Таким образом, наблюдаемое поглощение СОг представляет собой разность между количеством, поглощенным в процессе фотосинтеза, и количеством, выделенным при дыхании обратное справедливо для кислорода увеличение сухого веса и запасенной химической энергии также представляет собой чистый прирост, причем излучаемое тепло включает и то, которое выделяется в процессе дыхания. Высокие скорости фотосинтеза могут превышать скорость (темпового) дыхания в 10—30 раз. При таких условиях считается маловероятным, чтобы дыхание могло в заметной степени влиять на измеряемую скорость фотосинтеза, а потому им часто пренебрегают. Для некоторых целей это может быть наилучшим подходом при любой скорости фотосинтеза. В тех случаях, например, когда изучается корреляция между фотосинтезом и ростом, нас интересует, конечно, именно видимая скорость фотосинтеза. Если же внимание сосредоточено на самом фотосинтезе, то в идеале следует измерять образование восстановительной силы, которое, собственно, и представляет собой первичный фотосинтетический процесс. Как будет видно из гл. V, есть основание считать, что истинное (а не видимое) фотосинтетическое образование кислорода довольно точно характеризует этот процесс, хотя данный показатель и не учитывает возможное образование аденозинтри-фосфата (АТФ) путем циклического фотофосфорилирования (если только оно действительно происходит in vivo), поскольку оно не сопровождается выделением кислорода. [c.80]

Здесь допущена неточность. На самом деле оба процесса — и образование восстановителя, сопряженное с фосфорилированнем (нециклическим), и циклическое фотофосфорилирование — вызываются светом всей фотосинтетически активной области спектра ( 380—700 нм). Однако циклическое фосфорилирование, по мнению Арнона, происходит при поглощении света одной из двух пигментных систем, а именно системой I спектр ее поглощения простирается несколько дальше в область дальних красных лучей, чем спектр поглощения коротковолновой системы II, участвующей в образовании восстановителя и в нециклическом фотофосфорилировании. Явление усиления в этом случае объясняют тем, что при добавлении коротковолновых лучей образуется необходимый для фотосинтеза восстановитель, который не образуется при облучении светом, поглощаемым одной только системой I. Наконец, точнее было бы говорить не об образовании восстановителя при нециклическом фотофосфорилировании, а наоборот — о нециклическом фотофосфорилировании при образовании восстановителя. — Прим. ред. [c.274]

Как уже говорилось, в настоящее время принято считать, что фотохимическая реакция представляет собой двухквантовый процесс, связанный с разрывом одной ОН-связи в молекуле воды и приводящий к образованию НАДФ-Н и АТФ в резуль- тате нециклического фотофосфорилирования. Это как будто указывает, что фотосинтетическая единица содержит всего 2480 4 = 620 молекул [55]. Однако, поскольку для выделения одной молекулы кислорода требуются 8 квантов, естественно думать, что энергия всех восьми квантов должна быть сосредоточена в одном реакционном центре, а потому фотосинтетическая, единица имеет большие размеры. Возможно, что энергия восьми квантов должна использоваться в течение очень короткого периода времени (< 10 мкс) и практически в одной точке (см. ниже). Таким образом, фотосинтетическая единица выступает как замечательный механизм, при помощи которого растение собирает вместе кванты, поглощенные в разных точках, что позволяет фотосинтетическому аппарату функционировать даже при низкой интенсивности света. [c.277]

Наличие двух участков сопряжения у бактерий доказывается тем, что при использовании в качестве разобщителя валиномицина наблюдается снижение интенсивности образования АТФ в два раза. В то же время добавление в этих условиях феназинметасульфата (ФМС) предотвращает снижение интенсивности фотофосфорилирования. В последнем случае число участков сопряжения уменьшается, так как ФМС накоротко замыкает электронтранспортную цепь, но скорость оборота элект ронов по циклу повышается, так как обходятся наиболее медленные участки электронтранспортной [c.188]

Многократное повышение интенсивности образования АТФ может быть достигнуто добавлением к хлоропластам естественного кофактора фотофосфорилирования — сопрягающего фактора — фосфодоксина, который из-за своей хорошей растворимости в воде вымывается из хлоропластов при их извлечении из листьев. Химическая формула фосфодоксина не установлена. [c.189]

Фиг. 86. Влияние концентрации раствора хлористого натрия в среде для извлечения хлоропластов и среде для инкубирования их на интенсивность эндогенного фотофосфорилирования. На оси абсцисс — концентрация хлористого натрия в тЦ, на оси ординат — образование АТФ в Р-М1мг хл-час.

Фиг. 87. Влияние pH суспензии хлоропластов на интенсивность эндогенного фотофосфорилирования. На оси абсцисс— значения pH, на оси ординат — образование АТФ в М1мг хл час.

Фиг. 88. Влияние концентрации субстрата (суммарно АДФ и Ф ) на интенсивность эндогенного фотофосфорилирования. На оси абсцисс — концентрация АДФ + Ф в [Л М, на оси ординат — образование АТФ в [А М1мг хл. час.

Имеется мнение о том, что в ходе онтогенеза увеличивается отношение АТФ/НАДФ.Нг в хлоропластах. Это может происходить или в результате более тесного сопряжения образования АТФ и электронного потока или повышения интенсивности циклического фотофосфорилирования по сравнению с нециклическим. При отмирании фотосинтезируюших клеток или листьев (например, в осенний период) происходит сначала исчезновение функции фосфорилирования, а затем — образования восстановителя. [c.194]

Перенос электронов по электронтранспортной цепи и фотофосфорилирование тесно связаны с поглощением квантов света и условиями освещения, но с ними больше коррелирует первый процесс. Так, например, при переходе темнота — свет интенсивность переноса электронов в хлоропластах быстро достигает уровня, обусловленного величиной освещенности- В то же время для циклического фотофосфорилирования характерна лаг-фаза (фиг. 89) продолжительностью около 5 минут или даже больше (при подавленной с помощью ДХММ фотосистеме 2). Грант и Уотли (1967) объясняют этот эффект тем, что в темноте происходит окисление компонентов циклического электронного транспорта, а для эффективного образования АТФ система циклического фотофосфорилирования должна быть в определенной [c.194]

Сильно влияет на интенсивность образования АТФ и НАДФ.Нг изменение освещенности. Опыты, проведенные Шеном (1961), показали, что снижение освещенности с 1300 лк до 300 лк уменьшило величину Р/2е с 1,4 до 0,27, а квантовый расход фотофосфорилирования повысило с 5 до 23. Другими словами, снижение освещенности действует разобщающе. Это подтверж- [c.195]

Повышенные температуры вызывают понижение отношения Р/2 е , то есть оказывают разобщающее действие на фотофосфорилирование. Это подчеркивается всеми исследователями, изучавшими влияние субмак-симальных температур на нециклическое фотофосфорилирование. Некоторые из этих авторов обнаружили, что если для реакции Хилла оптимальной температурой является 30—32°, то для образования АТФ — почти на 10° меньшее значение температуры. Другие считают, что образование и АТФ и восстановителя имеет один и тот же температурный оптимум и разобщение начинается лишь при супероптимальных температурах. [c.201]

Одну из интересных гипотез, объясняющих механизм образования АТФ в митохондриях в процессе окислительного фосфорилирования, предложил В. С. Скулачев. Есть основания считать, что эта гипотеза может быть плодотворной и при рассмотрении фотофосфорилирования в хлоропластах. В. С. Окулачев обратил внимание на то, что при удалении из митохондрий адениинуклео-тидов нарущается сопряжение и фосфорилирование (при переносе электронов по цитохромам). Добавление АТФ в среду восстанавливало первоначальное сопряжение. Это привело к мысли об особой роли адениннуклеотидов в образовании АТФ. [c.205]

Другие механизмы образования АТФ непосредственно связаны с использованием кислорода цитохромными системами, которые осуществляют перенос электронов или водорода (окислительное фосфорилирование), а также с системами фотосинтеза, в которых необходимая энергия поставляется за счет света (фотофосфорилирование). И в этом случае оказалось, что наиболее существенной стадией синтеза АТФ является фосфорилирование АДФ, а не аде-нозпп-5 -фосфата (АМФ). Однако известна реакция миокиназного типа, в которой эти три нуклеотида связаны между собой таким образом, что АМФ обратимо фосфорилируется АТФ с образованием двух молекул АДФ [c.312]

Цепь переноса электронов несет такую же функцию, как и пигменты и ферменты, участвующие в фотофосфорилировании. В ходе ряда этапов, заканчивающихся образованием воды из Ог и метаболически генерированных электронов и протонов, энергия этих электронов по ходу цепи снижается, расходуясь на образование высокоэнергетических молекул АТФ. Каждый последующий переносчик электронов обладает больщим сродством к электронам, чем предществующий, и электрон, переходя к переносчику с относительно большим сродством, отдает часть своей энергии, которая связывается в форме высокоэнергетического фосфата при участии ферментов, связанных с пигментами-переносчиками. [c.43]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология