Гидрогеназа в водорослях

Как показали исследования, для фотосинтетического выделения водорода могут быть использованы не только клетки водорослей, но и изолированные хлоропласты, освещение которых в присутствии гидрогеназы, выделенной из бактерий, также ведет к получению молекулярного водорода [57, 959]. В Японии уже начал функционировать опытный завод по трансформации [c.342]

Другое направление заключается в отходе от живой системы. В этом случае хлоропласты изолируются от зеленых листьев растений и стабилизируются совместно с гидрогеназой (например, на твердом субстрате), так что активность может поддерживаться в течение долгого времени вне биоэлемента. Гидрогеназа, энзим, который определяет выделение газообразного водорода, хотя и присутствует во многих водорослях, но может быть и прямо привязан к фотосинтетической аппаратуре, так как вне биоэлемента ферменты гидрогеназы сильно ингибированы кислородом, и напротив, фотосинтетический процесс, ответственный за выделение кислорода, выключается при восстановительных условиях. [c.345]

Наконец, выносливость к свету адаптированных водорослей может увеличиваться также при добавлении окисляемых субстратов, например глюкозы. Окисляемые субстраты или ускоряют удаление продуктов первичного окисления г и таким образом препятствуют образованию окислителя Од , или восстанавливают этот окислитель, конкурируя с гидрогеназой. Таким образом, фотохимическую потерю адаптаций мы относим за счет накопления промежуточного окислителя Ог). Выясним, возможно ли приписывать потерю адаптации в темноте действию аналогичного агента или она вызывается свободным кислородом. [c.139]

Механизм выделения п поглощения водорода у водорослей, содержащих активную гидрогеназу, можно изобразить уравнениями (6.2) и (6.3) или (6.6а, (J). Водород переносится из атмосферы [c.143]

Катализирует эту реакцию фермент гидрогеназа, действие которого сильно ингибируется кислородом, который выделяется вместе с водородом (что создает основную проблему для практического применения этого процесса). Основные усилия многих исследователей направлены на ее решение. При помощи генной инженерии проводится создание клеток водорослей с повышенной устойчивостью к кислороду. Однако даже если будут созданы такие микроорганизмы, необходимо будет разделять водород и кислород. Для уменьшения содержания выделяющегося кислорода предлагалось использовать как необратимые (глюкоза), так и регенерируемые (гемоглобин) абсорбенты кислорода. Однако их использование существенно снижает эффективность процесса получения водорода. Поэтому рассматриваются альтернативные процессы, в которых образование кислорода и водорода можно разделить в пространстве и во времени. Например, один из процессов (так называемый непрямой биофотолиз) объединяет несколько стадий. Одноклеточные водоросли или цианобактерии способны использовать солнечный свет для связывания углекислого газа и воды с образованием углеводов [c.43]

Некоторые виды зеленых и других водорослей могут после соответствующего периода адаптации начать фотовосстановление СОг с помощью газообразного водорода как фотосинтезирующие бактерии, иными словами, у них появляется латентная в других условиях гидрогеназа [214, 633, 652, 654, 656, 983, 1707, 1771, 1813, 1814]. У таких растений протекают фотофосфорилирование и цикл Кальвина [705, 1582], но у них нет явления усиления интенсивности фотосинтеза [704] по-видимому, водород непосредственно попадает в фотосистему I. В отсутствие СОг некоторые водоросли могут выделять Нг на свету [76, 654, 661, 686]. Прокариотические и эукариотические растения могут до некоторой степени использовать на свету в качестве донора электронов HsS, хотя фотосистема II им, по-видимому, все-таки нужна [1018, 1801]. Длительное освещение хлоропластов красным светом, вероятно, подавляет эффект усиления у растений, например у элодеи [1489, 1490]. [c.133]

Некоторые виды зеленых и других водорослей могут после соответствующего периода адаптации начать фотовосстановление СОг с помощью газообразного водорода как фотосинтезирующие бактерии, иными словами, у них появляется латентная в других условиях гидрогеназа [214, 633, 652, 654, [c.133]

Характерной особенностью некоторых бактерий является их способность окислять неорганические субстраты аммиак, нитриты, сульфид и другие соединения серы, а также двухвалентное железо, что связано с наличием у них особых ферментов. Ряд бактерий и водорослей синтезируют гидрогеназы, катализирующие окисление и образование молекулярного водорода. [c.360]

Бенеман и др. использовали систему, содержащую хлоропласты, ферредоксин и гидрогеназу, для фотосинтетического получения Нг [131], отметив при этом, что такой процесс может стать прототипом метода улавливания солнечной энергии. В другой фотохимической системе для синтеза водорода были использованы азотфиксирующие гетероцисты и фотосинтезирующие вегетативные клетки сине-зеленых водорослей АпаЬаепа суИпйгка [132]. В этом случае образование водорода обеспечивает нитрогеназная система [уравнение (14-5)]. [c.61]

Можно представить модельную систему производства водорода, в которой фотосинтез остановлен на стадии разложения воды [528]. Водород при этом выводится из продукта растительного происхождения или водоросли до того, как он будет израсходован на восстановление диоксида углерода. Для такой модельной системы из клеток растений в чистом виде выделяются хлоропласты — оргапеллы, в которых протекает фотосинтез. Предполагается, что в таких модельных системах можно достигнуть КПД на уровне 10 %, пока же такая система может работать с КПД примерно 1 % Источником гидрогеназы являются, например, клетки сине-зеленых водорослей или ряда [c.344]

У бактерий и адаптированных к водороду водорослей Н+ сам по себе в присутствии фермента гидрогеназы способен функционировать в качестве акцептора электронов, результатом чего является образование молекуляриого водорода [c.327]

В организмах, содержащих фермент гидрогеназу, т. е. у фотосинтезирующих бактерий и у адаптированных к водороду водорослей, Фдгей — первичный стабильный восстановитель, образующийся под действием света,— может вызывать фотовыделение водорода (уравнение ХП.18в). С другой стороны, Фд может быть использован теми же самыми организмами для [c.331]

Гаффрон заключает из опытов с энзиматическими ядами, что энзим Ео ( деоксидаза ), который катализирует реакцию выделения кислорода (6.7а), теряет активность в течение анаэробной адаптации, причем одновременно происходит активация гидрогеназы Ец. Если это заключение верно, то обратная реакция (6.7(7) у адаптированных водорослей невозможна даже в случае ее термодинамической обратимости. [c.140]

Объяснение оксигидрогенной реакции у адаптированных водорослей требует еще одной гипотезы (в добавление к наличию гидрогеназы и оксидазы, что уже обсуждено при рассмотрении явлений адаптации). Эта гипотеза заключается в том, что окислитель Од может реагировать не только с гидрогеназой Ед (вызывая таким образом потерю адаптации), но и с промежуточным восстановителем НдЕц, завершая таким образом перенос водорода к кислороду. То, что отношение ДНз/ДОд в отсутствие двуокиси углерода чаще ближе к единице, чем к двум, указывает, что эта реакция проходит последовательно две ступени [c.146]

Исходя из гипотезы ван Ниля, можно сделать заключение, что механизмы фоторедукции адаптированных водорослей и пурпурных бактерий несколько отличаются друг от друга. Первые содержат обычно хлорофилл, на котором, вероятно, процесс адаптации не отзывается. Таким образом, первичный продукт окисления воды ОН " -, вероятно, одинаков и в нормальном и в адаптированно>г фотосинтезе. Разницу в конечной стадии окисления, как предполагает Гаффрон (глава VI), следует отнести за счет активации гидрогеназной системы с одновременной инактивацией ферментной системы Ед, выделяющей кислород. Идентичность первичного процесса у адаптированных и нормальных зеленых водорослей подтверждается наблюдениями Рике и Гаффрона [34]. Эти исследовате.1И отмечают, что максимальный квантовый выход ц скорость насыщения на мигающем свету одинаковы прл фоторедукцин у адаптированных водорослей и при фотосинтезе у неадаптированных водорослей. С другой стороны, у пурпурных бактерпй первичный окисленный продукт ОН , естественно, не способен превратиться в свободный кислород. В данном случае аэробные условия могут вызвать лишь полное прекращение синтеза (если они ведут к окислите.1ьной инактивации гидрогеназы), но не могут вызвать переход к обычному фотосинтезу (с водой в качестве восстановителя), как это получается при исчезновении адаптации у зеленых водорослей. [c.175]

Можно сделать одно возражение по поводу механизма (19.13). Реакция (17.13б), повидимому, одинакова с реакцией, при которой восстановители-заменители заменяют воду в фотоеинтезе, бактерий и анаэробно адаптированных водорослей. Если эта реакция может происходить у всех зеленых растений (т. е. не нуждается в посредничестве гидрогеназы), возникает вопрос, почему все они не могут восстанавливать двуокись углерода за счет клеточных или введенных извне органических водородных доноров, т. е. осуществлять фоторедукцию с органическими восстановителями вместо фотосинтеза (Этот вопрос уже ставился в главе VI.) На это следует ответить, что фоторедукция возможна, но у фотосинтетических активных растений вероятность, что o hl прореагирует с аодой, настолько выше вероятности его реакции с другим водородным донором (А — в реакции (19.13в), HgR—в схеме на фиг. 11), что эта последняя реакция остается незаметной, С другой стороны, лри фотоокислении лишь малая часть молекул оСЫ, реагирующих с А, вызовет общее химическое изменение, так как реакция оСЫ с HgO [c.561]

Бактериальный фотосинтез отличается от фотосинтеза высших растений и водорослей отсутствием выделения кислорода донором электрона здесь служит не вода, а более сильные восстановители—H2S, Нг (из гидрогеназы), органические кислоты, тиосуль-фаты. У фотосинтезирующих бактерий отсутствуют эффект Эмерсона и хроматические переходы. На этих основаниях делается вывод о наличии только одной фотосистемы в хроматофорах бактерий — фотосистемы I. В бактериальном фотосинтезе принимают участие несколько цитохромов, которые отличаются по функциональной роли и по спектрам. Для пурпурных бактерий это цитохромы С552 и С555. Вероятно, цитохромы участвуют в нециклическом транспорте к НАД и циклическом транспорте, сопряженном с образованием АТФ. Природа первичного акцептора электронов А, изображенного на схеме, не установлена [c.29]

Интересно, что многие водоросли (сине-зеленые, зеленые, красные, бурые) способны при инкубировании их в анаэробной (водородной) атмосфере переходить от фотосинтеза к фоторедукции, к бактериальной форме фотосинтеза (Гаффрон, 1944 и др.). Считается, что в восстансвительных условиях происходит активирование фермента гидрогеназы, катализирующей восстановление СОг с помощью водорода атмосферы. В присут-СТВ1ИИ кислорода при интенсивном освещении активность гидрогеназы падает и водоросли вновь приобретают способность осуществлять фотосинтез. [c.20]

Все вышеизложенное говорит в пользу того, что в процессе фоторедукции водорослей участвует только фотосистема I. Фотовосста-нрвление НАдФ и в дальнейшем СО2 происходят за счет электрона не воды, а водорода при участии гидрогеназы. [c.192]

Явление фоторедукции толкуется так, что у водорослей, которые содержат фермент гидрогеназу, после анаэробной инкубации предшественник фотосинтетического кислорода ( УОН ) реагирует с активированным гидроге-назой водородом с образованием воды. Система фотосинтеза, выделяющая кислород, при этом не функционирует, в то время как первичные фотохимиче- [c.89]

Выделение молекулярного водорода водорослями обнаружено лишь у суспензий клеток и в небольшом количестве, кроме тогб, процесс не стабилен. Одной из главных причин этого является инактивация гидрогеназы, катализирующей образование водорослями Нг, под действием молекулярного кислорода, который они выделяют при фотосинтезе. [c.633]

Пример конструкции живого генератора по второму вар анту дан на рис. 8.14. В противоположность устройству фотоси тетической системы сине-зеленых водорослей реакционный цент ФС-1 вместе со способной к реверсии гидрогеназой помещен здес по одну сторону мембраны, а ФС-И с водорастворимым белком- [c.210]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология