Основы биохимии Том 2 - А. Ленинджер 1985
Биоэнергетика и метаболизм
Фотосинтез
С4-путь обеспечивает необходимую концентрацию СО2
Почему растениям может быть выгодно сначала фиксировать СО2 в клетках одного типа, а затем тут же освобождать ее и вновь фиксировать, но уже в клетках другого типа, особенно если учесть, что этот сложный путь требует больших затрат энергии? Фундаментальные исследования биохимии и гистологии фиксации СО2 у тропических растений позволили понять, в чем может заключаться смысл С4-цикла. Тропические растения должны избегать чрезмерных потерь воды при транспирации. Они достигают этого путем закрывания устьиц, которые служат листьям своего рода «трахеями». Однако при закрывании устьиц уменьшается также и поступление атмосферной СО2 в клетки обкладки. Вследствие этого концентрация СО2 в клетках обкладки сравнительно невелика, из-за чего рибулозодифосфат-карбоксилаза не способна действовать с максимальной скоростью. У фосфоенолпируват-карбоксилазы, находящейся в клетках мезофилла, сродство к СО2 гораздо выше. Поэтому фиксация СО2 может происходить здесь более эффективно. Реакция, катализируемая фосфоенолпируват-карбоксилазой, обеспечивает фиксацию и накопление СО2 в форме малата. При декарбоксилировании малата в клетках обкладки концентрация СО2 достигает в них достаточно высокого уровня, при котором активность рибулозодифосфат-карбоксилазы приближается к максимальной.
Любопытный парадокс: хотя для фиксации одной молекулы СО2 по пути Хэтча-Слэка С4-растениям требуется пять высокоэнергетических фосфатных групп, а С3-растениям их требуется только три, тем не менее С4-растения тропического происхождения растут быстрее, чем С3-растения умеренной зоны, и образуют больше биомассы на единицу листовой поверхности. (К несчастью для огородников, росичка и многие другие сорняки происходят из тропиков и принадлежат к С4-типу, т. е. обладают способностью весьма эффективно превращать световую энергию в биомассу).
Попробуем понять, что лежит в основе этого парадокса.