Железо в хлоропластах

Ферредоксины хлоропластов содержат два атома железа и два атома лабильной серы их вероятная структура имеет следующий вид [c.383]

Максимальный темп выделения кислорода суспензией хлоропластов в присутствии оксалата железа почти равен скорости [c.67]

Ноак [10] пытался подтвердить свою теорию особыми экспериментами. Он пытался доказать, что сернистый ангидрид и окислы азота действительно влияют на состояние железа в хлоропластах. Эти опыты, приводимые в главе XIV, показали, что сернистый ангидрид вызывает увеличение содержания воднорастворимого железа в листьях с 6 до 12 /о. Цианистый калий вызывает увеличение до 10%, а роданистый калий — до 12,6%. [c.327]

Важное значение имеет накопление протопластами тяжелых металлов железа и меди, показанное в табл. 53. Мур [69] после экстракции хлорофилла спиртом окрашивал хлоропласты гематоксилином. Реакция с гематоксилином характерна для простых солей железа, и ее не дают комплексные органические соединения, например производные гемина. Таким образом, ему удалось доказать присутствие в хлоропластах железа. Ноак [78] нашел, что 6% железа в листе растворимо в воде и может быть обнаружено роданистым калием. [c.379]

Грисмейер [79] и Вилер [89] наблюдали, что процент воднорастворимого железа в листьях может возрастать при обработке каталитическими ядами (синильная кислота или" сернистый ангидрид) одновременное возрастание интенсивности гематоксилинного окрашивания хлоропластов указывает на то, что эти агенты действуют на железо хлоропластов. Однако мнение Ноака, что только железо хлоропластов затрагивается сернистым ангидридом, было опровергнуто опытами Вилера с пестрыми листьями. Механизм этого освобождения железа в листьях неизвестен, но он должен состоять в разложении комплексных органических соединений железа. По Вилеру, одновременно с освобождением железа нерастворимая органическая сера также преобразуется в растворимую неорганическую форму. Минеральные кислоты и, более медленно, органические (например, ледяная уксусная или концентрированная щавелевая кислоты) также переводят органическое железо листьев в растворимую форму. [c.379]

Растворимое железо двухвалентно, а нерастворимое — трехвалентно липоидная фракция не содержит железа. Эти результаты не вполне согласуютоя с утверждением Нейша, что 60% железа хлоропластов из Trifolium pratense растворимы в разбавленной 10-процентной уксусной кислоте. [c.380]

Обесцвечивание бактериохлорофилла сопровождается появлением сигнала ЭПР со значением g =l,82 по-видимому, это обусловлено восстановлением первичного акцептора, возможно негемового железа [96]. Судя по другим данным, акцептором является хинон [97] (или убихи-нон в Rhodopseudotnonas). Соответствующей модельной реакцией служит фотовосстановление бензохинона при обесцвечивании хлорофилла, происходящее в спиртовом растворе [98]. Первичным акцептором в-фотосистеме I хлоропластов, по-видимому, является особый Ре-З-белок [99. [c.47]

Фотосинтетические единицы локализованы в хлоропластах — специальных органоидах клетки (см. 14.4). В водных суспензиях хлоропластов с солями трехвалентного железа происходит реакция Хилла — фотохимическое выделение Oj при участии добавленного окислителя. Наряду с Fe " таким окислителем могут быть хиноны, красители. Окислитель замещает систему [c.450]

Наряду с гемопротеидами широко распространены белки, содержащие железо в виде железосерных кластеров негемиповое железо). Эти белки играют важную роль в многочисленных процессах переноса э.т1ектронов — при фотосинтезе, окислительном фосфорилировании, для восстановления азота до аммиака азотфик-сирующими бактериями. Наиболее изучены железосерные белки из хлоропластов зеленых растений и бактериальные белки, известные под общим названием фер- [c.65]

Единичная активная структура характерна, по-видимому, не только для ферментов, но и для многих биологически активных веществ и даже для элементарных ионов на биологических носителях. В наших работах с Некрасовым и Прокошевой [85—87] было установлено, что значительная активация роста растений, например картофеля, микродозами железа, меди, цинка проявляется только тогда, когда эти элементы берут в весьма малом количестве (10 —10- %-ный раствор для опрыскивания растений), что препятствует образованию концентрированных слоев этих солей на поверхности хлоропластов. При переходе за некоторую критическую концентрацию положительное действие микроэлементов сменяется его дезактивирующим действием. Действие такой адсорбционной активации весьма эффективно [c.39]

Все попытки осуществить фотосинтез с чистым хлорофиллом в различных растворителях остались безуспешными. Наоборот исследования, проведенные с хлоропластамп, выделенными из клеток, или даже с фрагментами хлоропластов (зернами), привели к интересным результатам. Взвешенные в воде и выдерживаемые на свету хлоропласты не способны восстанавливать двуокись углерода, но взаимодействуют с более легко восстанавливающимися веществами, как, например, с ионом трехвалентного железа, хиноном и некоторыми простыми красителями. При восстановлении образуются ион двухвалентного железа, гидрохинон и т.д. и выделяется экивалентное количество кислорода. При проведении этой реакции в воде, меченной 0 , оказалось возможным доказать, что выделенный кислород происходит из воды. Таким образом, реакция является фотохимическим разложением воды, происходящим только в присутствии акцептора (А) для образующихся атомов водорода (Р. Хилл, 1937 г.) [c.260]

Железо-серные ферменты-это еще один важный класс железосодержащих ферментов, участвующих в переносе электронов в клетках животных, растений и бактерий. Железоч ерные ферменты не содержат гемогрупп они характеризуются тем, что в их молекулах присутствует равное число атомов железа и серы, которые находятся в особой лабильной форме, расщепляющейся под действием кислот. К железо-серным ферментам относится, например, ферредок-син хлоропластов, осуществляющий перенос электронов от возбужденного светом хлорофилла на разнообразные акцепторы электронов (гл. 23). Дальше (разд. 17.8) мы увидим, что в реакциях переноса электронов в митохондриях участвуют другие железо-серные ферменты. [c.295]

Хотя хемиосмотическая гипотеза получила широкое признание в той своей части, которая касается главного организующего принципа передачи энергии от процесса переноса электронов к синтезу АТР в митохондриях, бактериальных клетках и хлоропластах (гл. 23), тем не менее она оставляет пока без ответа многие важные вопросы. Пожалуй, больше всего споров порождает вопрос о механизме, при помощи которого перенос электронов, происходящий во внутренней мембране, вызывает откачивание ионов Н из матрикса митохондрии наружу. Митчелл предложил остроумное решение этого вопроса (рис. 1). Основой его решения послужил тот факт, что восстановительные эквиваленты переносятся некоторыми переносчиками (например, убихино-ном) в виде атомов Н, а другими (например, железо-серными центрами или цитохромами)-в виде электронов. Митчелл предположил, что во-дородпереносящие и электронпереносящие белки чередуются в дыхательной цепи, образуя в ней три петли . В каждой такой петле два атома Н выносятся через мембрану наружу и отдают два иона Н в окружающую среду соответствующая пара электронов переносится затем обратно, с наружной поверхности мембраны на внутреннюю (рис. 1). Каждая пара восстановительных эквивалентов, проходя через такую петлю, переносит два иона Н из матрикса в окружающую среду. Предполагается, что каждая петля поставляет осмотическую энергию для образования одной молекулы АТР. [c.532]

Парк и его сотрудники обнаружили в очищенных препаратах мембран из хлоропластов шпината повторяющиеся субъединицы, которые могут образовывать разнообразные решетчатые структуры (фиг. 92). Отдельная субъединица, которая, как считают эти авторы, является морфологической структурой, соответствующей физиологической единице фотосинтеза, имеет форму сплющенной сферы диаметром 155—185 А и толщиной 100 А. Ее молекулярный вес равен 2-10 , и она содержит 230 молекул хлорофилла (160 принадлежат хлорофиллу я и 70 — хлорофиллу Ъ), 48 молекул каротиноидов, 46 молекул хинонов, 116 молекул фосфолипидов, 500 молекул галактозилглицеридов, 48 молекул сульфолипидов, стероиды и другие липиды. Таким образом, общий молекулярный вес липидов составляет около 10 , и на долю белков приходится такя е около 10 . Кроме того, в состав повторяющейся единицы входят 1 молекула цитохрома Ъ , 1 молекула цитохрома /, 10 атомов негеминового железа, 2 иона марганца и 2 иона меди. [c.315]

Можно попытаться объяснить результаты опытов Хилла сенсибилизированным окислением перекиси оксалатом железа [см. уравнение (4.1)]. Было показано [31], что оксалат железа окисляет перекись водорода в фиолетовом и ультрафиолетовом свете эта реакция легко сенсибилизируется хлорофиллом. Но общее количество кислорода, получившееся в экспериментах Хилла, требовало бы наличия перекиси в хлоропластах в концентрации 0,1 моля на 1 л, что неправдоподобно. Далее, на 1 грамм-атом восстановленного иона железа приходится только половина грамм-атома кислорода. Для окисления перекиси это отношение должно быть 1 1 [c.68]

Уравнение (4.2) указывает, что реакция Хилла является сенси- билизированной хлорофиллом реакцией, обратной обычному окисле-лию кислородом иона закисного железа в ион окисного железа, совершенно так же, как фотосинтез — реакция, обратная обычному процессу окисления углеводов. При фотосинтезе кислород выделяется независимо от своего парциального давления в атмосфере. В первых опытах Хилла с изолированными хлоропластами кислород выделялся (в отсутствие гемоглобина) только в том случае, если парциальное давление газа было ниже 1 мм при добавлении лиственных экстрактов и ниже 4 мм — при добавлении оксалатов окисного железа. [c.68]

Фиг. 1. Влияние различной интенсивности света на скорость выделения кислорода хлоропластами [36]. Концентрация железа 4 10" молъ1л суспензия. хлоропла-стов — 0,4 мл.

Таким образом, оригинальные эксперименты Хилла с лиственными и дрожлгевыми экстрактами, так же как наблюдения Фриделя и Молиша, делают вероятным предположение, что листья содержат органические окислители, которыми можно пользоваться для окисления воды в присутствии освещенных хлоропластов, вместо оксалата окисного железа. В случае лиственных экстрактов эти окислители, вероятно, тождественны нромеасуточным водородным акцепторам в истинном фотосинтезе. Было бы важно определить систематическими анализами природу этих окислителей. [c.71]

Реакция с оксалатом закисного железа, наблюдавшаяся Хиллом и описанная на стр. 67, вероятно, принадлежит к типу (4.12)—(4.14), хотя и требует сенсибилизации хлоропластами. В этом случае выделение кислорода происходит со значительным выходом, несмотря на неблагоприятное положение уровней энергии. Причиной этого должен быть энзиматический механизм, мешающий первичной обратной реакции типа (4.13) и ускоряющий завершение окислительного процесса. Вторичная обратная реакция (реоксидация оксалата закисного железа кислородом) действительно наблюдалась Хиллом, но она сравнительно медленна и не мешает частичному уходу кислорода в атмосферу или фиксации его гемоглобином. [c.81]

В 1893 г. Бах [84] обнаружил, что раствор двуокиси углерода и уранилацетат реагируют на свету. При этом окислы урана выпадают в осадок, а двуокись углерода, по мнению Баха, может восстанавливаться до формальдегида. Теми же самыми сенсибилизаторами (солями уранила) пользовались Ушер и Пристли [90] и Мур и Уэбстер [1I5]. Последние авторы придавали особое значение коллоидальному состоянию сенсибилизатора. Они получили положительную реакцию на формальдегид в освещенных растворах карбонатов, содержащих соли урана и железа в коллоидном состоянии эти результаты объясняют, по мнению авторов, естественный фотосинтез, так как соединения коллоидного железа встречаются в хлоропластах. Помимо сомнений в правильности этих результатов, следует выяснить вопрос о том, что происходило с сенсибилизаторами . Оставались ли они в неизменном состоянии, играя, таким образом, роль настоящих катализаторов, или являлись восстановителями Конечно, быдо бы существенным успехом добиться восстановления двуокиси углерода солями урана или закисного железа, так как окислительно-восстановительные потенциалы этих веществ значительно ниже потенциала системы СОд—НаСО. Это восстановление будет только половиной фотосинтеза остается еще восстановить окисленный катализатор (например, ион окисного железа) водой, что должно повлечь выделение кислорода, как было в опытах с изоли-зованными хлоропластами. Однако Бауру и Ребману [118] при попытках повторения опытов Мура и Уэбстера не удалось подучить никакого образования формальдегида, щавелевой, глиоксилевой или муравьиной кислот, не говоря уже о выделении кислорода. [c.90]

Причину задержки обратных реакций в фотосинтезе следует искать в гетерогенной структуре фотосинтетического аппарата и как следствие этого в топохимическом механизме всего процесса. Под термином топохимический механизм мы понимаем химический механизм, участники которого сосредоточены на определенных для них каталитических поверхностях, не появляясь в качестве свободных промежуточных продуктов между последовательными ступенями своих каталитических превращений. Наличие по крайней мере части такой структуры в изолированных хлоропластах может объяснять успех опытов Хилла по сенсибилизированному хлоропластами фотоокислению воды оксалатом окисного железа. [c.157]

Е. А. Бойченко подтвердила образование уроновых кислот как продуктов фиксации СОз изолированными хлоропластами при условии такого выделения последних, при котором сохраняется активная гидрогеназа. Образование уроновых кислот такими хлоропластами осуществляется в атмосфере водорода в темноте. По данным Е. А. Бойченко, образование хлоро-пластами продуктов восстановления СОг связано с наличием комплекса, содержащего железо (Биохимия, 13, 219, 1948 в1, 545, 1949 Восстанойление [c.251]

Сернистый ангидрид и окислы азота. Изучая отравление фотосинтетического аппарата сернистым ангидридом и окислами азота, Ноак с сотрудниками [4] исходили из следующих представлений. Во-первых, катализатором фотосинтеза служит содержащееся в хлоропластах железо, которое дает цветную реакцию с гематоксилином и потому находится в форме органических или неорганических солей, а не в форме органических комплексов (см. главу XIV). Во-вторых, когда фотосинтез тормозится, световая энергия, поглощенная хлорофиллом, направляется на разрушительные фотодина-мические процессы, которые окисляют и разрушают как протоплазму, так и пигмент (см. главу XIX). Исходя из этих двух положений, Ноак провел испытание соединений, реагирующих с некомплексным железом и обладающих разрушительным действием на пигменты и клетки. Хорошо известно действие сернистых и азотистых газов на растительность. Они в первую очередь поражают ассимиляционную ткань. [c.326]

Активность каталазы соответствует разложению около 10 молей перекиси водорода в 1 сек. на 1 грамм-атом железа. Образование 12 MJifi кислорода в 2 мин. одним миллиграммом вещества хлоронластов требует наличия всего 2,5 10"в г каталазного железа на 1 г вещества хлоропластов. [c.381]

Суспензии хлоропластов, способные восстанавливать на свету хиноны и окисное железо (реакции Хилла и Варбурга), не восстанавливают фотохимически нитраты. 2. Зеленые листья, богатые углеводами, слабо восстанавливают нитраты в темноте, несколько сильнее на свету в атмосфере ез СО2 и сильно на свету в атмосфере с СО. Таким образом можно считать, что восстановление нитратов осуществляется активными продуктами первичного восстановления СО2 (коассимиляция СО2 и N63). 3. Такая же зависимость установлена для синтеза белков. 4. Качество света (красный и синий) не влияет на скорость восстановления нитратов, но синий свет благоприятствует относительно более интенсивному синтезу белков. Это заставляет предполагать наличие не только основной первичной, но и вторичных фотохимических реакций, определяющих ход поздних стадий образования прямых продуктов фотосинтеза, к которым надо отнести и часть белков, а также и некоторые другие соединения. Таким образом результаты работы фотосинтетического аппарата растений многообразны и зависят от условий питания, освещения и физиологического состояния растений. (Прим. ред.) [c.548]

НИЗКИЙ оптический дихроизм хлоропластов может объясняться именно этой недостаточно строгой ориентацией. Парк и др. [251—253] определили молекулярный состав квантосом, исследуя разрушенные хлоропласты шпината. Для зеленых ламеллярных структур диаметром от 2000 до 80 нм, полученных центрифугированием при постепенно возрастающих скоростях, отношение хлорофилла к азоту было довольно постоянным. Крупные структуры были, по-видимому, лишены гран, тогда как фракция более мелких частиц содержала граны. Эти результаты служат доказательством равномерного распределения хлорофилла по всей ламеллярной структуре хлоропласта. Было высказано предположение, что обычно наблюдаемая флуоресценция одних только гран объясняется более высоким содержанием ламеллярных структур. В квантосомах были обнаружены небольшие количества трех переходных металлов — железа, марганца и меди, причём концентрация марганца оказалась наиболее низкой. Марганец необходим для выделения кислорода при фотосинтезе. Учитывая это. Парк и Пон [253] рассчитали молекулярный вес наименьшей единицы в ламелле, которая, очевидно, еще могла бы осуществлять фотосинтез, т. е. частицы, соответствующей одному атому марганца. Он оказался равным 9,6-10 . Позже [251] расчеты были проведены с учетом данных об объеме квантосом (полученных путем измерений на электронных микрофотографиях), а также результатов определений эффективной плавучей плотности разрушенных ламеллярных структур в ультрацентрифуге. Было обнаружено, что молекулярный вес квантосом равен 2-10 , что соответствует двум атомам марганца. Данные о молекулярном составе квантосом представлены в табл. 1. Мембрана толщиной 10 нм содержит 50% липида и 50% белка. Следовательно, с учетом разницы в плотности (1,0 1,4) можно считать, что на долю липида приходится около 6,5 нм толщины мембраны, а это согласуется с представлением о существовании двойного липидного слоя. [c.35]

При 4,2 К в частицах хлоропластов, обработанных восстановителем дигитонином, при освещении обнаруживается несколько сигналов ЭПР железо-сернистых белков ферредоксиновой природы [45, 46]. Интенсивность сигналов существенно зависела от концентрации дигитонина, т. е. от редокс-потенциала среды. Окислительно-восстановительное титрование позволило выявить три парамагнитных центра — два центра с нормальным потенциалом —0,53 В (сигнал ЭПР с -фактором 2,05 и сигнал с -фактором 1,94) и один центр с потенциалом менее —0,58 В (сигналы ЭПР с ё -факторами 2,05, 1,92 и 1,89). В настоящее время не установлено, какой из этих центров является первичным акцептором. [c.32]

В 1937 году английский ученый Р. Хилл обнару жил, что изолированные из клеток хлоропласты не могут усваивать СО2, но способны осуществлять фотохимическую окислительно-восстановительную реакцию восстановления окисных солей железа до закис-ных (Ре+++ -> Ре++), сопровождающуюся выделением-кислорода (реакция Хилла). [c.9]

Ферредоксин растворим в воде и в связи с этим легко вымывается из хлоропластов при их извлечении из клеток. Это белок, имеющий в своем составе негеминовое железо (два ферри-иона, связанного с двумя остатками лабильного сульфида в одной молекуле белка). Молекулярный вес равен 13000. Есть данные о том, что число [c.160]

В окисленном состоянии ферредоксин имеет максимумы поглощения в области 464 нм, 421 нм, 330 нм и 277 нм. Было обнаружено, что в хлоропластах только половина атомов железа ферредоксина может восстанавливаться до ферросостояния. Обычно одна молекула этого переносчика электронов приходится на 400 молекул хлорофилла а. [c.161]

Ф. из бактерий в окисленной форме имеют максимумы абсорбции при 285, 300 и 390 ммк в восстановленной форме имеет максимум при 260 ммк. Ф. в восстановленной форме быстро окисляется кислородом воздуха. Ф. из хлоропластов шпината (наз. ранее фотосйптетической п приди пн уклеотидредуктазой ) отличается от Ф. из бактерий по мол. весу (17 ООО), по содержанию железа (6 атомов на молекулу) и по спектральным характеристикам (максимумы абсорбции при 276, 330, 420 и 465 ммк). Ф. из хлоропластов и Ф. из бактерий оказались очень близкими по ферментативным свойствам и способны взаимно заменять друг друга в нек-рых окислительно-восстановительных реакциях. [c.211]

Дальнейшее доказательство локализации световых реакций в хлоропластах было получено в опытах Хилла [15]. Хилл обнаружил, что изолированные хлоропласты при освещении способны к выделению кислорода, если к ним добавлен соответствующий акцептор электронов. В качестве акцептора электронов Хилл использовал соль трехвалентного железа (Ге +). которое в ходе реакции восстанавливалось в двухвалентную форму (Ре +). Эта реакция мо- [c.77]

Как видно из приведенной выше схемы, в реакции Хилла, в отличие от фотосинтеза, конечным акцептором электронов служит железо, а не СОг- Хиллу не удалось использовать СО2 в качестве окислителя. Существование в хлоропластах ферментативного аппарата для фиксации двуокиси углерода было показано лишь 30 лет спустя Арноном и др. [1 ] в опытах с использованием С и значительно большего набора биохимических кофакторов, чем тот, который имелся в распоряжении Хилла. Эти опыты послужили основой для общепринятой в настоящее время концепции, согласно которой как световые, так и темновые реакции фотосинтеза протекают в хлоропластах. [c.77]

Одним из многочисленных восстановленных кофакторов, образующихся в результате превращения световой энергии, является локализованный в хлоропластах ферредоксин, обладающий наиболее высоким отрицательным окислительно-восстановительным потенциалом и являющийся, следовательно, наиболее сильным восстанавливающим агентом [42]. Это соединение, содержащее белок и связанное железо, имеет при pH 7 окислительно-восстановительный потенциал, сравнимый с потенциалом газообразного водорода, а именно —0,42 в. Восстановленный ферредоксин хлоропластов вместе со специфическим, локализованным в хлоропластах ферментом вызывает восстановление НАДФ до НАДФ-На, который имеет окислительно-восстановительный потенциал —0,32 в. [c.536]

Одно из наиболее ранних предположений, согласно которому промежуточным продуктом служит Н2О2, разложенная каталазой, противоречит данным о нечувствительности выделения О2 к цианиду в изолированных хлоропластах. На роль промен<уточных соединений предлагались также органические перекиси, эпоксиды, а также железо и марганец в высоковалентных состояниях. Автор этих строк считает, что цитохром / и пластоцианин, т. е. гем с высоким потенциалом и медьсодержащий фермент, являющиеся непременными участниками фотосинтеза, сопровождающегося выделением кислорода, служат жвивалентом цитохромоксидазы в терминальном дыхании иначе говоря, выделение кислорода представляет собой обращение этой стадии под действием света. [c.565]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология