Компоненты ЭТЦ хлоропластов, их природа и физико-химические свойства

ЭТЦ хлоропластов включает ряд переносчиков, общих для всех типов редокс-цепей живых организмов. К ним относятся цитохромы, железосерные белки, хиноны, флавиновые ферменты и пиридиннуклеотиды (см. гл. 2). Вмес­те с тем в ЭТЦ хлоропластов входят специфические переносчики электронов, такие как циклические тетрапирролы (хлорофиллы реакционных центров, феофитин), марганецсодержащий кластер, осуществляющий окисление воды, некоторые аминокислотные остатки белков (тирозин в ФСП) и медьсодержащий белок пластоцианин.

Редокс-агенты ЭТЦ хлоропластов включены в состав трех интегральных мультипептидных комплексов, расположенных в мембранах тилакоидов, — ФС1, ФСII и цитохромный b₆ f-комплекс. Кроме того, некоторые компоненты ЭТЦ свободно перемещаются по поверхности мембраны (пластоцианин, ферредоксин) или в ее толще (пластохиноны) и осуществляют связь между функцио­нальными комплексами (см. рис. 3.33). Ниже дана краткая характеристика редокс-компонентов ЭТЦ хлоропластов.

Цитохромы в ЭТЦ хлоропластов представлены двумя цитохромами группы b (цитохром b₅₅₉ и цитохром b₅₆₃ или цитохром b₆) и цитохромом группы с (ци­тохром f). Каждый из двух цитохромов группы b найден в хлоропластах в виде двух редокс-форм — низкопотенциалъной (L) и высокопотенциальной (H). Ци­тохромы b₆ (цит. b₆L с Е = -0,15 В и цит. b₆Н с Е = -0,05 В), а также цитохром f (Е = +0,37 В) входят в состав цитохромного b₆ f-комплекса и участвуют в окислении пластохинолов и восстановлении пластоцианина; цитохром b₅₅₉ связан с комплексом ФСII.

Железосерные белки. ВЭТЦ хлоропластов входят 3 железосерных центра, содержащих [4Fe-4S] -кластеры F_X, F_A и F_B, и 2 белка с [2Fe-2S]-кластерами — ферредоксин (ФД) и центр Риске. Железосерные кластеры F_X, F_A и F_B и ферредоксин отличаются низкими окислительно-восстановительными потенциала­ми (от -0,7 В до -0,42 В). Они участвуют в восстановлении НАДФ⁺ в ФС1. Центр Риске имеет необычно высокий для железосерных белков окислитель­но-восстановительный потенциал (около +0,3 В). Он находится в цитохромном b₆ f-комплексе и осуществляет окисление пластохинолов.

Хиноны. Представители двух групп хинонов — бензохиноны (пластохино­ны) и нафтохиноны (филлохинон) включены в ЭТЦ фотосинтеза. Филлохинон (витамин К₁) — переносчик электронов на акцепторной стороне ФС1 (А₁), участвует в переносе электронов от первичного акцептора электронов (A₀ ) кжелезосерному кластеру F_X. Имеет очень низкий окислительно-восстановитель­ный потенциал (около -0,8 В). Пластохиноны (PQ) осуществляют транспорт электронов на акцепторной стороне ФСII (Q_A и Q_B), а также между комплек­сом ФСII и цитохром b₆ f-комплексом в составе пула пластохинонов. Окисли­тельно-восстановительный потенциал пластохинонов близок к нулю.

Флавинсодержащий переносчик электронов ЭТЦ хлоропластов. Фермент фер­редоксин-НАДФ-оксидоредуктаза (ФНР) содержит в качестве редокс-кофактора ФАД. Восстанавливает НАДФ⁺ в ФС1. Электроны для восстановления полу­чает от восстановленного ферредоксина (ФД). Окислительно-восстановитель­ный потенциал равен -0,36 В.

Пластоцианин (Пц) — водорастворимый белок, содержащий 1 атом меди. Осуществляет перенос электронов по одноэлектронному типу, причем атом меди изменяет свою валентность

(Сu⁺ ↔Сu²⁺). Окислительно-восстановительный потенциал Пц равен +0,37 В. Пц восстанавливает окисленный пигмент РЦ ФС1 П и окисляет цитохром f цитохром b₆ f-комплекса хлоропластов.

Марганецсодержащий кластер (Mn-кластер). Располагается в комплексе ФСII и образует систему окисления воды (S). Кластер включает 4 атома мар­ганца, валентность которых меняется в ходе индуцируемых светом окисли­тельно-восстановительных реакций. Окислительно-восстановительный потен­циал максимально окисленного кластера около +0,9 В. Mn-кластер окисляет воду с образованием молекулярного кислорода.

Электроны от Mn-кластера передаются на П через промежуточный пере­носчик электронов (Tyr_z ) — остаток тирозина (Туr-161) белка D1 ФСII. Окис­лительно-восстановительные реакции идут с образованием нейтрального ра­дикала тирозина.

Тетрапиррольные переносчики электронов — уникальные компоненты ЭТЦ хлоропластов. Они являются первичными донорами и первичными акцептора­ми электронов в реакционных центрах ФС1 и ФСII. Окислительно-восстанови­тельные реакции циклических тетрапирролов сопровождаются образованием заряженных радикалов.