Исследование электронных свойств и молекулярных взаимодействий кофакторов переноса электрона в реакционных центрах фотосинтезирующих бактерий

• Автор: Забелин, Алексей Александрович
• Шифр специальности: 03.01.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Пущино
• Количество страниц: 116 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ
1.1. Структурно-функциональные особенности бактериального фотосинтеза
1.1.1. Фотосинтетический аппарат пурпурных бактерий
Схема транспорта энергии и электронов в фотосинтетической мембране 9 Состав реакционных центров пурпурных бактерий. Расположение кофакторов и спектральные свойства
Перенос электрона в реакционных центрах пурпурных бактерий
Фотохимическое накопление бактериофеофитинового акцептора электрона в восстановленном состоянии
1.1.2. Фотосинтетический аппарат СЫогоф1ехш аигапйаст
Электрон-транспортная цепь С/, аигапйаст
Фотосистема Сф. аигапйаст
Реакционный центр Сф аигапйаст
1.2. Применение ИК-спектроскопии для исследования фотосинтеза
1.2.1. Основные принципы Фурье-спектроскопии
1.2.2. Дифференциальная ИК-Фурье-спектроскопия
1.2.3. Приемы соотнесения полос в дифференциальных ИК-Фурье-спектрах
Сравнение со спектрами модельных соединений
Изотопное замещение
Теоретические расчеты нормальных колебаний
Точечный мутагенез
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
2.1. Объекты исследования 3
2.1.1. Выделение и очистка бактериальных РЦ
2.1.2. Концентрирование РЦ и замена детергента
2.1.3. Реакция фотовосстановления бактериофеофитинового акцептора электрона
НА в суспензии РЦ

2.1.4. Приготовление образцов для ИК-Фурье-спектроскопии

2.2. Методы
2.2.1. Измерение ИК-Фурье-спектров
Модификация Фурье-спектрометра для проведения фотоиндуцированных измерений
Методика получения фотоиндуцированных дифференциальных ИК-Фурье-спектров
2.2.2. Измерение спектров кругового дихроизма
2.2.3. Измерение электронных спектров поглощения при комнатной и криогенной температурах
3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
3.1. ИК-Фурье-спектроскопия фотоокисления первичного донора электрона в РЦ
С/. аигапйасш
3.1.1. Контроль состояния РЦ в частично дегидратированных пленках
3.1.2. Димерная структура Р+ в РЦ С/, аигапйасш
3.1.3. Электронные свойства Р+ в РЦ С/. аигапйасш
3.1.4. Молекулярные взаимодействия карбонильных групп Р и Р+ в РЦ С/, аигапйасш
3.1.5. ИК-Фурье-спектроскопия Р+ в РЦ С/, аигапйасш при физиологической температуре
3.2. ИК-Фурье-спектроскопия фотовосстановления бактериофеофитинового
акцептора электрона в РЦ С/, аигапйасш
3.3. Структурные свойства и пигмент-белковые взаимодействия в мутантных
реакционных центрах КИойоЬаИег зрЬаегФйез 1(Ь177)Н
3.3.1. Структура первичного донора электрона
3.3.2. Гипотетический механизм образования ковалентной связи
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Список принятых сокращений
БХл - бактериохлорофилл
БФео - бактериофеофитин
ВЗМО - высшая занятая молекулярная орбиталь
ВЗМО-1 - вторая высшая занятая молекулярная орбиталь
ДМ - и-додецил-Р-й-мальтозид
ДЭЯР - двойной электронно-ядерный резонанс
ИК-Фурье-спектроскопия - инфракрасная спектроскопия с Фурье преобразованием кДа - килодальтон
ЛДАО - А-лаури л-А, А-димети лам и но- А-о кси д
мкс - микросекунда
мс - миллисекунда
нм - нанометр
пс - пикосекунда
РЦ - реакционный центр
см'1 - обратный сантиметр
Фео - феофитин
фс - фемтосекунда
ФС 2 - фотосистема
ЭПР - электронный парамагнитный резонанс
Вд и Вв - мономерные БХл, расположенные в активной (А) и неактивной (В) по переносу
цепи кофакторов соответственно
Bl. viridis - Blastochloris viridis
Cf. aurantiacus - Chloroflexus aurantiacus
Нд и Нв- молекулы БФео, расположенные в активной (А) и неактивной (В) по переносу цепи кофакторов соответственно
Р - первичный донор электрона, димер молекул бактериохлорофилла Qa и Qb - первичный и вторичный хинонные акцепторы соответственно Rh. sphaeroides - Rhodobacter sphaeroides

Точечный мутагенез
Вклад полос белка можно идентифицировать при помощи сравнения ИК-спектров, записанных для белка дикого типа и мутанта. Мутагенез позволяет определять аминокислотные остатки, участвующие в образовании водородных связей с боковыми группами кофакторов в составе РЦ. Кроме того, введение или удаление донора водородной связи при помощи точечных аминокислотных замен может использоваться при соотнесении перекрывающихся полос в дифференциальных спектрах. В частности, мутанты КЬ. $ркаего1с1е$ ЦЫ 31 )Н, ЦМ160)Н и ЦМ160)Н+1.(1.131)11, в которых благодаря замене неполярного лейцина в положениях Ы 31 и/или М160 на гистидин, добавляются водородные связи к 13'-кето С=0 группам Рд (ЦЫ31)Н) или Рв (ЦМ 160)11), либо к кетокарбонильным группам обеих молекул Р (ЦМ160)Н+ЦЬ131)Н), оказались полезными для соотнесения колебательных полос 13'-кето С=0 групп Р и Р+ в дифференциальном ИК-Фурье-спектре РЦ КЬ. sphaeroid.es [ЫаЬебгук е! а1., 1993]. Сравнительное исследование фотоиндуцированных дифференциальных ИК-Фурье-спектров Р ОдТРЦд хроматофоров дикого типа и указанных мутантов КЬ. хрЬаеп)1с1ех позволило идентифицировать колебательные моды 13!-кето С=0 групп нейтральных молекул Рд и Рв в ИК-спектре Р+<Зд7Р()а РЦ КЬ. яркаего'^е.ч при 1692 и 1683 см'1 соответственно. Полосы РА+ и Рв+ располагаются при 1713 и 1705 см'1 [ЫаЬебгук Щ а1., 1993].