Формы преобразования энергии в растительном

организме

Химическая структура АТФ

• АТФ (аденозинтрифосфат, ATP) – трифосфорный эфир аденозина. Аденин – азотистое основание, которое соединяется β-N-гликозидной связью с 1'-углеродом рибозы.

АТФ – основная форма запасания энергии

Молекула АТФ содержит две фосфоангидридные связи между фосфорными остатками и одну фосфоэфирную связь между рибозой (сахарным остатком) и остатком фосфорной кислоты.

Гидролиз макроэргических связей приводит к выделению достаточно большого количества энергии (от 40 до 60 кДж):

АТФ + H2O → АДФ + H3PO4 + энергияАДФ + H2O → АМФ + H3PO4 + энергия

Как и где образуется АТФ?

АТФ (аденозинтрифосфат) синтезируется из АДФ и фосфата – процесс, обратный гидролизу. Синтез АТФ идет с затратой энергии.

АТФ образуется в хлоропластах в процессе фотосинтеза (фотофосфорилирование) и в митохондриях в процессе дыхания (окислительное фосфорилирование).

Откуда взять энергию для синтеза АТФ?

• Синтез АТФ всегда сопряжен с транспортом электронов.

• Поток электронов идет одновременно с переносом протонов, в результате чего формируется электрохимический градиент (разность зарядов – электрический градиент ∆φ, разность концентраций ионов водорода – концентрационный (химический) градиент ∆pH. Этот протонный градиент обеспечивает работу АТФ-синтазы.

Откуда взять энергию для синтеза АТФ?

Структура белка АТФ-синтазы

Механизм работы ротора F-АТФ-синтазы

Три идентичных сайта связывания в белке F1 последовательно изменяют свои связывающие свойства. Конформационное изменение в этом белке происходит за счет энергии протонного градиента.

Конформация сайтов меняется так: L->T,T->O,O->L.

Переносчики электронов в электрон-

транспортной цепи

Так как синтез АТФ сопряжён с транспортом электронов, рассмотрим переносчики, обеспечивающие непрерывность потока электронов.

Виды переносчиков: 1) HAД(Н), НАДФ(Н);2) флавопротеиды: ФМН, ФАД;3) цитохромы;4) железосерные белки;5) хиноны.

НАД(Н) (NAD(H)) и НАДФ(Н) (NADP(H))

Никотинамидадениндинуклеотид (NAD(H)) и никотинамидадениндинуклеотидфосфат (NADP(H)) – коферменты дегидрогеназ.

Дегидрогеназы катализируют редокс-превращения, связанные с переносом протонов и электронов.

R = Rib + ADP

ФМН и ФАД (FAD) Флавинадениндинукл

еотид (ФАД) и флавинмононуклеотид (ФМН).

Функциональная часть – система ароматических колец.

Цитохромы

Цитохромы – это железосодержащие белки, в составе которых присутствует гем. Переносят один электрон. Ковалентно связанный гем расположен во внутреннем кармане, образованном аминокислотными остатками. Известно около 30 видов цитохромов, отличающихся структурой боковых и полипептидных цепей.

Структура гема цитохромов.

Железосерные белки

Содержат Fe-S-кластеры (центры), состоящие из 2-х или 4-х атомов железа, комплексно связанных с атомами неорганической серы или серы в остатках цистеина в структуре белка. Однако каждый из центров участвует в переносе только 1 электрона!

Хиноны

Подвижные переносчики, действующие в липидной фазе мембраны. В ЭТЦ фотосинтеза – пластохинон, в ЭТЦ дыхания – убихинон. Связывают белковые комплексы.

Последовательность действия переносчиков в ЭТЦ дыхания

НАДН → ФП (ФМН) → FeS (min 5шт) → UQ(пул) → -0,32v -(0,3 – 0,1)v -(0,37-0,02)v 0v

→ цит b → FeS → цит с1 → цит с → цит а-а3 → О2

0.1v 0,28v 0,22v 0,25v 0,29-0,55v 0,82v Каждый переносчик характеризуется своим

окислительно-восстановительным потенциалом Е°’, и в соответствии с этим занимает определённое положение в ЭТЦ. Электрон транспортируется в направлении от переносчика с более отрицательным потенциалом к переносчику с большим потенциалом.

Преобразование энергии в растительной клетке (общая

схема)

Литературные источники

Физиология растений: Учебник для студ. вузов / Н. Д. Алехина, Ю. В. Балнокин, В. Ф. Гавриленко и др.; Под ред. И. П. Ермакова. – М.: Издательский центр «Академия», 2005. – 640 с.

Биохимия растений / Г.-В. Хелдт; пер. с англ. – М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2011. – 471 с.: ил. – (Лучший зарубежный учебник).

Спасибо за внимание!