6.3.10. Медь

Растения в норме накапливают медь в количестве 5 — 20 мкг/г сухой массы. В почве ее концентрация колеблется от 10^-4 до 10^-9 М и до 98 % меди почвы находится в комплексе с низкомолекулярными органическими соединениями. Пока неизвестно, существует ли индивидуальный транспортер, обеспечиваю­щий поглощение меди из почвы (см. рис. 6.62).

Особенность восстановленной формы меди — способность легко передавать электрон прямо на кислород, а окисленной формы — легко восстанавливаться. Медь имеет высокий редокс-потенциал и вместе с железом входит в состав терминальной оксидазы ЭТЦ дыхания — цитохромоксидазы (см. гл. 4). Более 50 % меди, локализованной в хлоропластах, связано с пластоцианином. Сu-Zn-супероксиддисмутаза присутствует в хлоропластах, митохондриях, перок-сисомах и цитозоле, где она участвует в детоксикации супероксида. Аскорба-токсидаза содержит по крайней мере 4 атома Сu, которые участвуют в четырехэлектронном восстановлении О₂ до Н₂О. Аскорбатоксидаза цитозоля может действовать, как терминальная оксидаза, самостоятельно или в комбинации с полифенол оксидазой. Полифенол оксидаза включена в синтез такого комплек­сного полимера, как лигнин. Высокая реакционная способность меди, полез­ная в редокс-реакциях, делает ее токсичной даже при не очень высоких кон­центрациях.

Например, медь разрушает тиоловые связи в белках, что приводит к их деструктуризации. Поэтому транспорт поглощенной меди к местам использо­вания или реутилизации, где она будет включена в специфические медьсодер­жащие белки, осуществляется в виде комплекса со специальными цитоплазматическими белками-шаперонами. Шапероны переводят медь в нереактив­ную форму и при участии транспортных белков доставляют медь к местам, где благодаря шаперонам обеспечивается сборка необходимой пространственной структуры фермента, включающего медь.

6.3.11. Марганец

В биологических системах Мn находится в состоянии окисленности II, III и IV. Содержание марганца в вегетативных частях растений (побеги, листья) колеб­лется от 25 до 40 мкг/г сухого вещества, но у цитрусовых достигает 125 мкг. Концентрация марганца в разных структурах клетки варьирует от 0,01 до 50 мкМ, и в листьях - 90 % Мn находится в хлоропластах, где марганец выполняет осо­бую функцию, связанную с фотохимическим разложением воды и выделением О₂ кислородвыделяющим комплексом (KBК) ФСII (см. гл. 3). Марганец — кофактор более 35 ферментов, и в системах in vitro может с успехом заменять магний. В тканях концентрация Мn²⁺ значительно ниже, чем Mg²⁺, поэтому именно магний становится основным активатором таких ферментов, как киназы, фосфатазы, глутаминсинтетаза и др. В клетках in vivo марганец при высо­ких концентрациях может вытеснить магний из Mg-АТФ комплекса, но для активации некоторых реакций (как и в KB К) потребность в Мn²⁺ абсолютна. Например, у С₄-растений в хлоропластах обкладки, где оксалат действует как углеродный челнок и где карбоксилирование катализируется ФЕП-карбоксилазой, Мn²⁺ не может быть заменен на Mg²⁺, который ингибирует активность фермента.

Активацию ИУК-оксидазы, разрушающей индолилуксусную кислоту, также осуществляет Мn²⁺. Изоцитратдегидрогеназа митохондрий активируется Mg ²⁺ и Мn²⁺, но только Мn²⁺ активирует цитозольную форму этого фермента. Изоцит­ратдегидрогеназа катализирует превращение вышедшего из митохондрий в цитозоль изоцитрата в 2-оксоглутарат, который затем используется в реакции ассимиляции азота в хлоропластах. Мn²⁺ вместе с Mg ²⁺ активирует малик-эн­зим, несколько ферментов шикиматного пути, ведущего к образованию аро­матических аминокислот, и супероксиддисмутазу. Mn-СОД распространена менее широко, чем другие супероксиддисмутазы, и присутствует только в митохондриях и пероксисомах. В активации РНК-полимеразы хлоропластов Мn²⁺ действует эффективнее, чем Mg²⁺, даже если концентрация последнего во много раз выше.