Фотосинтез С3- и С4-растений: механизмы и регуляция

Э18 Эдвардс Дж., Уокер Д. Фотосинтез С3- и С4-растений: механизмы и регуляция: Пер. с англ,
- М.: Мир, 1986. - 590 с., ил.
ББK 28.07, УДК 581.132
(Джерри Эдвардс, Дэвид Уокер)

В книге американского и английского авторов - известных специалистов в области физиологии и биохимии растений - рассмотрены механизмы фотосинтетической ассимиляции углерода, организации фотохимического аппарата хлоропласта, а также факторы, определяющие первичную продуктивность растения; имеется приложение с описанием применяемых при изучении фотосинтеза методов.
  Для физиологов и биохимиков растений, биофизиков, агрономов, для студентов, аспирантов и преподавателей биологических вузов.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие редактора перевода 5
Предисловие 7
ЧАСТЬ А
Глава 1. Введение
1.1. Что такое фотосинтез 9
1.2. Разрыв химических связей 9
1.3. Окисление и восстановление 10
1.4. Фотосинтез как окислительно-восстановительный процесс 12
1.5. Как заводится главная биологическая пружина 12
1.6. Фотосинтез как источник органического углерода 13
1.7. Некоторые аналогии и заключение 15
Глава 2. Энергия и законы физики и химии
2.1. Законы термодинамики 19
2.2. Что такое система 20
2.3. Энтропия (S) 20
2.4. Свободная энергия 21
2.5. Свободная энергия и равновесие 22
2.6. Единицы энергии 24
2.7. Энергия образования углеводов 25
2.8. Энергия связи 25
2.9. Расщепление воды 26
2.10. Резонанс 27
2.11. Свободная энергия гидролиза аденозинтрифосфата (АТР) 29
2.12. АТР как компонент ассимиляционной силы 31
2.13. Окислительно-восстановительный потенциал 32
Глава 3. Энергия и свет
3.1. С чего все начинается 34
3.2. Свет — это волна 35
3.3. Свет — это поток частиц 36
3.4. Кванты 36
3.5. Энергия света 36
3.6. Интенсивность света 38
3.7. Солнечный свет и свеча 39
3.8. 'Зеленый человек' 42
3.9. Квантовая эффективность 42
3.10. Эффективность фотосинтеза на молекулярном уровне 44
3.11. Максимальная эффективность фотосинтеза на уровне растения в целом 45
3.12. Максимальная эффективность 45
Глава 4. Фотохимический аппарат и его функции
Фотохимический аппарат 47
4.1. Структура хлоропласта 47
4.2. Тилакоидный компартмент 49
4.3. Стромальный компартмент 49
4.4. Структура мембран 49
4.5. Хлорофиллы 51
4.6. Синтез хлорофилла 53
4.7. Дополнительные пигменты 54
4.8. Курица или яйцо 54
4.9. Компоненты электрон-транспортной цепи 55
4.10. Фотосинтетическая единица 61
4.11. Пигментные системы 63
4.12. Реакционные центры 65
4.13. Фотосистемы (ФС I и ФС II) 65
4.14. Поглощение света атомами 67
4.15. Поглощение света молекулами 68
4.16. Переход хлорофилла в возбужденное состояние 68
4.17. Снятие возбуждения 70
4.18. Фотохимические реакции и выделение 70
4.19. Перенос энергии в пигментных системах 73
4.20. Спектр действия 74
4.21. Красный спад 77
4.22. Эффект усиления 77
4.23. Z-Схема 78
4.24. Отношение Р/e2 81
4.25. Запасание энергии в Z-схеме 82
4.26. Квантовый расход для Z-схемы 83
Глава 5. Образование АТР; генерация ассимиляционной силы
Краткое содержание 84
5.1. Окислительное фосфорилирование 85
5.2. Зачем нужна ассимиляционная сила 86
5.3. Циклическое фотофосфорилирование 89
5.4. Циклическое фотофосфорилирование, катализируемое ферредоксином 91
5.5. Циклическое фотофосфорилирование in vivo 92
5.6. Псевдоциклическое фотофосфорилирование 92
5.7. Нециклическое фотофосфорилирование 93
5.8. Реакция Мелера 95
5.9. Хемоосмос и установление электрохимической разности потенциалов, или протондвижущей силы 96
5.10. Механизм образования АТР 101
5.11. Сопряжение, разобщение и фотосинтетический контроль 104
5.12. Сопрягающий фактор 105
5.13. Термодинамика синтеза АТР 106
5.14. Связь между транспортом протонов, транспортом электронов и энергией 107
5.15. Восстановление никотинамидадениндинуклеотидфосфата (NADP) 109
Общая литература 111
Специальная литература 112
ЧАСТЬ Б
Глава 6. Восстановительный пентозофосфатный цикл и связанные с ним реакции
Краткое содержание 113
6.1. Фотосинтетическая фиксация углерода 115
6.2. Регенерация 115
6.3. Автокатализ 115
6.4. Энергетика 116
6.5. Сродство к СO2 119
6.6. Основные характеристики карбоксилирования 122
6.7. Изучение восстановительного пентозофосфатного цикла 122
6.8. Кинетические исследования 125
6.9. Изменения в содержании ФГК и РуБФ 126
6.10. Включение метки в молекулы 127
6.11. Ферменты 128
6.12. Свободные энергии 142
6.13. Функционирование ВПФ-цикла 145
6.14. Использование ассимиляционной энергии 146
6.15. Повторное включение в цикл 147
6.16. Связь между ВПФ-циклом и фотодыхательным циклом окисления углерода 147
6.17. Участие углерода в ВПФ-цикле и в фотодыхательном цикле 152
6.18. Синтез крахмала 152
6.19. Деградация крахмала 156
6.20. Регуляция синтеза и деградации крахмала 158
6.21. Синтез сахарозы 158
6.22. На пути ассимиляции углерода 159
Общая литература 163
Специальная литература 164
Глава 7. Индукция
Краткое содержание 166
7.1. Индукция в целых растениях и листьях 167
7.2. Исторические аспекты 169
7.3. Роль устьиц 170
7.4. Отсутствие индукции в фотохимических процессах 173
7.5. Индукция in vitro 177
7.6. Молекулярные механизмы индукции 178
7.7. Вклад автокатализа 180
7.8. Активация ферментов под действием света 186
7.9. Влияние интенсивности света и температуры 188
7.10. Индукция и ортофосфат 189
7.11. Снятие подавления, вызванного ортофосфатом, промежуточными продуктами ВПФ-цикла 191
7.12. Природа подавления под действием ортофосфата 193
7.13. Индукция в выделении кислорода и роль ФГК 195
7.14. Индукционные явления в фиксации CO2 201
7.15. Индукция в реконструированной системе хлоропластов 205
7.16. Последовательность событий во время индукции 208
7.17. Восстановление лаг-фазы 210
Общая литература 211
Специальная литература 211
Глава 8. Пластиды и внутриклеточный транспорт
Краткое содержание 214
8.1. Хлоропласт как транспортирующая органелла 214
8.2. Экспериментальная основа исследований транспорта — фракционирование целых тканей 216
8.3. Экспериментальная основа исследований транспорта in vitro 221
8.4. Хроматографический анализ 222
8.5. Фильтрация центрифугированием 222
8.6. Косвенные методы изучения транспорта метаболитов 225
8.7. Сокращение индукционного периода и снятие ингибирующего действия ортофосфата 225
8.8. Добавление ингибиторов 227
8.9. Катализ интактными и разрушенными хлоропластами 228
8.10. Осмотические изменения объема 229
8.11. Транспорт метаболитов 230
8.12. Двуокись углерода 231
8.13. Триозофосфаты и 3-фосфоглицерат (ФГК) 234
8.14. Ортофосфат и неорганический пирофосфат 234
8.15. Пентозомонофосфаты и гексозомонофосфаты 239
8.16. Бисфосфаты сахаров 240
8.17. Свободные сахара 240
8.18. Карбоновые кислоты 242
8.19. Аминокислоты 243
8.20. АТР и NADP 243
8.21. Транспорт ионов 245
8.22. Специфическая проницаемость внутренней мембраны 247
8.23. Переносчик ортофосфата 247
8.24. Переносчик дикарбоновых кислот 253
8.25. Переносчик аденилатов 254
8.26. Челночные механизмы 255
Общая литература 256
Специальная литература 257
Глава 9. Регуляция фотосинтетической ассимиляции углерода
Краткое содержание 261
9.1. Основные принципы 261
9.2. Регуляция катализа 262
9.3. Активация катализаторов 263
9.4. Различие между регуляцией катализа и активацией катализаторов 269
9.5. Темновая инактивация 270
9.6. Действие масс 273
9.7. Регуляция транспортом 278
9.8. Значение регуляции 285
9.9. Роль адениновых нуклеотидов в регуляции 286
Общая литература 289
Специальная литература 290
Глава 10. Открытие С4-пути
Краткое содержание 293
10.1. С4-дикарбоновые кислоты — ранние продукты фотосинтеза 293
10.2. Вклад Хэтча и Слэка в проблему С4-фотосинтеза 296
10.3. Метаболизм С4-дикарбоновых кислот 301
10.4. Анатомия фотосинтезирующей ткани у С4-растений 304
10.5. Выделение хлоропластов, протопластов и клеток из С4-растений 310
10.6. Современная упрощенная схема С4-фотосинтеза 313
10.7. Какие растения можно считать С4-растениями 314
Общая литература 317
Специальная литература 317
Глава 11. Три подгруппы С4-растений: их биохимия, фотохимия и систематика
Краткое содержание 320
11.1. Стадия карбоксилирования в С4-пути 321
11.2. Стадия декарбоксилирования в С4-пути 323
11.3. Краткое изложение основных предполагаемых путей переноса углерода с участием трех декарбоксилирующих механизмов 325
11.4. Сбалансированность зарядов при межклеточном транспорте метаболитов в ходе С4-цикла 326
11.5. Межклеточная локализация ВПФ-цикла у С4-растений 328
11.6. Фотохимические затраты при С4-фотосинтезе 328
11.7. Фотохимические различия хлоропластов разных типов 333
11.8. Систематика 343
11.9. Растения с промежуточными (C3/С4) характеристиками 347
Специальная литература 349
Глава 12. Интеграция функций при C4-фотосинтезе
Краткое содержание 351
12.1. Внутриклеточная локализация ферментов С4-цикла в клетках мезофилла 351
12.2. Локализация ферментов и внутриклеточный транспорт метаболитов С4-цикла в клетках обкладки проводящих пучков 357
12.3. Доказательства фотосинтетической деятельности клеток мезофилла 362
12.4. Доказательства фотосинтетической деятельности клеток обкладки проводящих пучков 367
12.5. Механизмы внутриклеточного транспорта метаболитов 371
12.6. Механизм межклеточного транспорта метаболитов 376
12.7. С4-метаболизм, сопряженный с циклическим, псевдоциклическим и нециклическим фотофосфорилированием 379
12.8. Регуляция ферментов С4-цикла 381
12.9. Ассимиляция азота: сравнение С4- и С3-растений 387
12.10. Синтез крахмала и сахарозы у С4-растений 393
Специальная литература 395
Глава 13. Фотодыхание
Краткое содержание 399
13.1. Введение 400
13.2. Распознавание фотодыхания 401
13.3. Происхождение гликолата 405
13.4. Гликолатный путь у С3-растений 407
13.5. Упрощенная схема пути углерода в гликолатном цикле 408
13.6. Реакции гликолатного пути и энергетические затраты 409
13.7. Внутриклеточная локализация ферментов гликолатного пути 415
13.8. Метаболизм в изолированных органеллах и его связь с гликолатным путем 420
13.9. Гликолатный путь у С4-растений 422
13.10. Ингибироваиие фотосинтеза кислородом и две его составляющие 424
13.11. Доля ингибирования фотосинтеза кислородом 434
13.12. Влияние кислорода на квантовый выход 434
13.13. Предполагаемая роль фотодыхания 438
13.14. Стимуляция роста С3-растений в средах с пониженным содержанием О2 или обогащенных СО2 440
Общая литература 443
Специальная литература 443
Глава 14. Первичные карбоксилазы и регуляция фотосинтеза и транспирации факторами внешней среды
Краткое содержание 447
14.1. Введение 449
14.2. Состав атмосферы и растворимость газов 449
14.3. С3-Растения: РуБФ-карбоксилаза 454
14.4. С4-Растения: ФЕП- и РуБФ-карбоксилазы 463
14.5. Влияние температуры, света и водного дефицита на карбоксилирование 468
14.6. Эффективность использования воды 474
14.7. С3-, С4-фотосинтез и урожайность сельскохозяйственных культур 481
Общая литература 482
Специальная литература 483
Глава 15. Метаболизм кислот у семейства толстянковых (САМ-метаболизм)
Краткое содержание 486
15.1. Введение 487
15.2. Открытие САМ-метаболизма 490
15.3. Реакция Вуда и Веркмана 494
15.4. Путь углерода у САМ-растений 495
15.5. Двуокись углерода как метаболит темновых реакций 497
15.6. Обратная пропорциональность между количеством субстрата и количеством продукта 498
15.7. Ферменты, участвующие в накоплении органических кислот и в их последующем использовании 498
15.8. Гипотеза двойного карбоксилирования 501
15.9. Накопление органических кислот на свету 502
15.10. Энергетические затраты при САМ-метаболизме 503
15.11. Переключение обмена веществ от САМ-метаболизма на С3-фотосинтез 508
15.12. Фракционирование изотопов углерода у САМ-, С3- и С4-растений 509
15.13. Связь САМ-метаболизма с С4-циклом 515
15.14. Экологическое значение САМ-метаболизма 516
Общая литература 519
Специальная литература 520
Глава 16. Сравнительное изучение С3- и С4-метаболизма в других тканях (помимо листа)
Краткое содержание 524
16.1. Устьица 525
16.2. С3- и С4-фотосиитез в тканях репродуктивных органов 529
16.3. Зеленеющие листья 534
16.4. Корни 534
16.5. Ионный баланс и поддержание постоянного рН 536
16.6. Метаболизм малата в глиоксилатном цикле проростков 538
Специальная литература 540
Приложение А. Выделение хлоропластов и критерии их интактности
А.1. Введение 543
А.2. Методы 545
А.З. Выращивание растений 545
А.4. Приемы механического разрушения 549
А.5. Получение хлоропластов из протопластов 550
А.6. Достоинства и недостатки методов механического и ферментативного разрушения клеток 555
А.7. Критерии, по которым определяют степень интактности хлоропластов 557
А.8. Очистка 560
Литература 561
Приложение Б. Номенклатура ферментов
Б.1. Восстановительный пентозофосфатный путь 563
Б.2. Гликолатный путь 564
Б.З. Образование сахарозы из триозофосфатов 566
Б.4. Синтез крахмала из триозофосфатов 567
Б.5. С4-путь 568
Б.6. Метаболизм кислот у толстянковых 570
Б.7. Обмен нитратов 573
Список сокращений 574
Указатель латинских названий 576
Предметный указатель 579
Hosted by uCoz