Сопряжение переноса электронов и протонов в бактериальных фотосинтетических реакционных центрах и цитохромных bc1-комплексах

• Автор: Блох, Дмитрий Арнольдович
• Шифр специальности: 03.00.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1999
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 141 с.

СОДЕРЖАНИЕ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ
ВВЕДЕНИЕ
1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ
1.1. Фотосинтетическая и дыхательная цепи переноса электрона хроматофоров ЛЬ. ярІгаегоі(Іе8
1.2. Фотосинтетические реакционные центры (ФРЦ) ЛЬ. $ркаегоі(ІЄ8
1.2.1. Структура ФРЦ
1.2.2. Поглощение света и разделение зарядов в ФРЦ
1.2.3. Хинонный акцепторный комплекс (ХАК) и цикл восстановления вторичного хинонного акцептора (<3в)
1.2.4. Методические подходы к изучению свойств хинонных акцепторов

1.3. Цнтохромные Ьсі-комплексьі ЛЬ. яріїаегоійез
1.4. Генерация трансмембранного потенциала (Ар) ФРЦ и бсі-комплексами
2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
2.1. Объекты исследования
2.1.1. Бактериальные штаммы
2.1.2. Культивирование бактерий
2.1.2.1. Питательные ростовые среды
2.1.2.2. Поддержание, хранение и контроль чистоты штаммов
2.1.2.3. Культивирование в жидкой среде и получение биомассы
2.2. Препаративные методы
2.3. Аналитические методы
2.3.1. Измерение спектров оптического поглощения
2.3.2. Регистрация быстрой кинетики переходных процессов
2.3.2.1. Светоиндуцированные изменения оптического поглощения
2.3.2.2. Светоиндуцированные изменения трансмембранного потенциала
2.3.2.3. Источники импульсного и стационарного возбуждаюгцего освещения

2.3.2.4. Регистрация сигналов
2.4. Численный анализ данных и моделирование кинетических процессов
2.5. Список используемых реактивов
3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
3.1. Перенос электронов и протонов в ФРЦ ЛЬ. 8ркаего1Фе8
3.1.1. Выбор точечных замен аминокислотных остатков в ФРЦ
3.1.2. Рекомбинация зарядов между Р’+ и (С)аОв)*
3.1.2.1. Измерение кинетики рекомбинации в препаратах хроматофоров
3.1.2.2. Зависимость от pH константы равновесия Ь переноса первого электрона между фА и Од
3.1.3. Электрогенный перенос электронов и протонов в ФРЦ
3.1.4. Кинетическая модель сопряжения переноса электронов и протонов в ХАК
3-1.4.1. Перенос первого электрона
3.1.4.2. Перенос второго электрона
3.2. Перенос электронов И Протонов В ЦИТОХрОМНЫХ Ьс!-комплексах
ЛЬ. $рЬаего{с1е8
3.2.1. Выбор точечных замен аминокислотных остатков в -комплексах
3.2.2. Электрогенный перенос электронов и протонов в цитохромных
Ьс1 -комплексах
3-2.2.1. Электрогенные реакции в хроматофорах, содержащих Ъс-
комплексы дикого типа
3.2.2.2. Электрогенные реакции в хроматофорах, содержащих мутантные Ьс-комплексы
4. ВЫВОДЫ
5. СПИСОК ЦИТИРОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ
йд1, аА2, «вь ЙВ2 “ амплитуды кинетических фаз уА], уА2, увь Ув2 E]j - кажущийся окислительно-восстановительный потенциал среды Ет - стандартный потенциал полувосстановления H+j. H+]j- первый и второй протоны при восстановлении Qb
ав2 ~ наблюдаемые константы скорости переноса l-ro и 2-го электрона нь &Н2 ~ наблюдаемые константы скорости захвата протона в ответ на 1-ю и 2-ю вспышки
вь В2 “ наблюдаемые константы скорости кинетических фаз рВ1 и VB2
Адр, &вр _ наблюдаемые константы скорости рекомбинации зарядов между Р" и
Qa , и Р’+ и Qb‘~
Р - специальная пара (димер) бактериохлорофилла
pi - значение pH в изоэлектрической точке белка ФРЦ
рК0х, pKRed - кажущиеся рК группы при окисленном и восстановленном QA или Qg
Q - убихинон-50 (коэнзим Q]0)
Qa, Qb - первичный и вторичный хинонные акцепторы ФРЦ
Qo, Qi - убихинол-оксидазный и убихинон-редуктазный сайты бщ-комплекса
CAPS - З-циклогексиламино-1-пропансульфоновая кислота
CHES - 2-[циклогексиламино]этансульфоновая кислота
LDAO - лаурилдиметиламино-Жоксид
LH1, LH2 - 1-й и 2-й светособирающие (антенные) комплексы хроматофоров
MES - 4-морфолинэтансульфоновая кислота
MOPS - 3-[Жморфолино]-пропансульфоновая кислота
HEPES - 4-[2-гидроксиэтил]-1-пиперазинэтансульфоновая кисолта
Tris - Жтрис-[гидроксиметил]-аминометан
WT - штамм дикого или псевдо-дикого типа
АСдв1, AGab2 - изменения свободной энергии при переносе 1-го и 2-го электронов
Ар К - изменение кажущегося рК группы
Ау - трансмембранная разность электрических потенциалов
е - диэлектрическая проницаемость среды
т - характеристическое время релаксации переходного процесса
0 - интервал времени между 1-й и 2-й вспышками света
ТАЬ VA2. Твь VB2> Vbcl - кинетические фазы изменений Ay
ф - величина электростатического (кулоновского) потенциала
БХл - бактериохлорофилл
БФео - бактериофеофитин
ДМФ - диметилферроцен
ДСН - додецилсульфат натрия
МС- - метиленовый синий
ТМФД - ЩЩЖ.Ж-тетраметил-р-феиилендиамин
ферроцианид - гексоцианоферрат(П) калия
феррицианид - гексоцианоферрат(Ш) калия
ФРЦ - фотосинтетические (бактериальные) реакционные центры ФС2 - реакционные центры фотосистемы 2 растений и цианобактерий ХАК - хинонный акцепторный комплекс ЭТЦ - электронтранспортная цепь

(б) присоединение второго протона происходит после первого и не сопряжено с предшествующими реакциями;
(в) остаток С1н-Е212 является непосредственным донгором второго протона для молекулы моноаниона гидрохинона (}в, но не участвует в присоединении первого протона.
На основании исследования эффектов мутаций Ь212Е() и Е2130Ц на форму рН-зависимости 1дЬ было установлено, что в ФРЦ имеются только 2 группы, заряженные формы которых наиболее сильно электростатически взаимодействуют с <5в'~ : Азр-Е213 и 01и-Е212; были найдны значения их темнового рК (до 1й вспышки) и величины сдвига рК в результате образования <2в* Захват протона в области кислых pH объяснялся протонированием аниона Азр-Е213, а в области щелочных pH, протонированием аниона 01и-Ь212.
Таким образом, существует разница в поведении двух протонов: для электрон-протонного сопряжения необходимо протонирование Ов только первым протоном, идущим через Азр-Ь213 и 5ег-Ь223. Ввиду симметричности молекулы убихинона, встает вопрос о возможной природе подобной асимметрии. Другая проблема связана с объяснением сложной рН-зависимости кинетики переноса второго электрона,
хорошо изученной для дикого типа и ряда мутантов, но до сих пор не получившей
удовлетворительного объяснения. Всвязи с этим можно суммировать вопросы:
(1) через какие промежуточные продукты протекает реакция сопряженного переноса второго электрона и присоединения первого протона
(Оа'Ов*“ -> Оа(ОвН)) ?
(2) какая стадия является скорость-лимитирующей в реакции
(Оа ОеГ -> 0А(0вНГ -» 0А(0ВН2)) ?
(3) каков механизм переноса Н+п от С1и-Ь212 к проксимальному
карбонильному атому 04 ()в ?
(4) с чем связано сильное различие в поведении первого и второго протонов и какие факторы (кинетические, термодинамические?) определяют последовательность присоединения двух протонов к <3в ?