Двухтактный синтез АТФ
Однако самое главное здесь — представить себе, каким же образом осуществляется сопряжение, т. е. синтез пирофосфатной связи, наступающий вслед за восстановлением пуринового кольца аденина. Согласно Блюменфельду и Темкину, дело обстоит следующим образом.
Возникновение положительного заряда в аминогруппе пуринового кольца должно способствовать фиксации отрицательно
Перенос водорода от свободнорадикальной формы аденозин-;рифосфата на какой-либо подходящий акцептор должен сопровождаться значительным уменьшением свободной энергии — выделением энергии, способной превратиться в работу. При этом восстанавливается сопряжение в пуриновом кольце (свободно-радикальное состояние исчезает) и за счет выделяющейся свободной энергии синтезируется нормальная молекула АТФ.
Таким образом, синтез АТФ, сопряженный с поглощением света, оказывается двухтактным, двухстадийным; в первой стадии поглощение света приводит к возникновению свободнорадикальной формы АДФ, восстановленной водородом, поставляемым неким донором, и к образованию комплекса этой активной АДФ с молекулой ортофосфата; во второй стадии происходит рекомбинация свободнорадикальной формы пуринового кольца с сопряженным замыканием пирофосфатной связи, сопровождающемся отдачей лишнего водорода некоему акцептору.
Фантастична ли нарисованная нами картина? Выглядит она весьма привлекательно и термодинамически, по-видимому безупречна. Однако термодинамике угодить легко: ей безразличны пути реализации ее предначертаний. А что происходит на самом деле? Исчерпывающего ответа еще нет. Однако уже много лет назад Л. П. Каюшин и его сотрудники обнаружили свободнорадикальную форму промежуточного продукта при гидролизе АТФ (а это делает вероятным появление такой формы и при синтезе).
Вскоре после опубликования гипотезы Блюменфельда и Тем-кина были проведены исследования, показавшие реальность окислительно-восстановительных превращений аденина (в частности, входящего в состав АТФ). Возможность сопряжения окислительно-восстановительных превращений аденина и синтеза АТФ была рассмотрена и в книге В. П. Скулачева.
Таким образом, можно ожидать в близком будущем осуществления фотохимического или электрохимического модельного синтеза АТФ из АДФ и ортофосфата в присутствии подходящих доноров и акцепторов водорода (электронов). Мне кажется полезным попытаться теперь соединить две наших гипотетических схемы — схему процессов фотохимического разложения воды и создания буферной емкости при посредстве каких-либо соединений железа типа красной и желтой кровяной соли и схему фотохимического синтеза АТФ.
Выше уже отмечалось, что осуществление фотохимических реакций за счет энергии относительно короткого ультрафиолета биологически нецелесообразно; в самом деле, при таком облучении легко наступает разрушение уже синтезированных молекул и естественно ожидать возникновения в ходе естественного отбора биосистем, использующих энергию видимого света. Поэтому синтез пирофосфатов, сопряженный с поглощением света непосредственно пуриновым или пиримидиновым кольцом, должен вытесняться синтезом за счет энергии света, поглощаемого какими-либо окрашенными веществами — пигментами. Простейшими, способными к необходимому преобразованию энергии окрашенными молекулами являются соединения железа. Поэтому имеет смысл выяснить, вероятно ли образование свободнорадикальной формы активной АДФ, сопряженное с фотохимическими превращениями соединений железа. Мы видели выше, что переход Fe2+ в Fe3+ может происходить с передачей электрона иону водорода с образованием свободнорадикального водорода. Мы считали, что акцептором этого водорода служит молекула кислорода и образуется перекись водорода.
Представим себе теперь, что акцептором Н оказывается пуриновое кольцо АДФ, т. е. идет реакция и образуется активная АДФ. Соединяясь с ортофосфатом она должна отдать лишний водород и вернуться в нормальное, а не свободнорадикальное состояние. Для этого необходим соответствующий акцептор водорода. Им может быть тот же кислород и тогда образуется перекись водорода.