Фемтосекундные процессы разделения зарядов в реакционных центрах бактериального фотосинтеза

• Автор: Яковлев, Андрей Георгиевич
• Шифр специальности: 03.01.02
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 263 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

Принятые сокращения

ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1. Структура реакционных центров фотосинтезирующих бактерий

1.2. Разделение зарядов в реакционных центрах фотосинтезирующих бактерий

Глава 2. МЕТОДЫ И ОБЪЕКТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1. Приготовление образцов реакционных центров

2.2. Спектроскопические измерения

Глава 3. УЧАСТИЕ МОНОМЕРА БАКТЕРИОХЛОРОФИЛЛА ВА В ПЕРВИЧНОМ РАЗДЕЛЕНИИ ЗАРЯДОВ В РЕАКЦИОННЫХ ЦЕНТРАХ ПУРПУРНЫХ БАКТЕРИЙЮюсЬЬасГег хркаегоккх 11-26 И ЗЕЛЕНЫХ БАКТЕРИЙ СЫого/1ехт аигапНаст
3.1. Определение положения уровня энергии Р+Вд- относительно Р* методом замедленной флуоресценции в феофитип-модифицированных реакционных центрах Икос1оЬас1ег хркаего1с1ех Л-26 45 3. 2. Фемтосекундная спектроскопия первичных процессов разделения
зарядов в реакционных центрах феофитип-модифицированных Ккос1пЬас1ег хркаегспЛех Л
3.3. Фемтосекундная спектроскопия первичных процессов разделения зарядов в реакционных центрах нативных (немодифицированных) Шюс1оЬас1ег хр]юсго'и1ех Л-26 65 3. 4. Фемтосекундная спектроскопия первичных процессов разделения зарядов
в реакционных центрах СЫого/1ехт аигапИасих
3.5. Когерентный и некогерентный перенос электрона при первичном разделении зарядов в реакционных центрах К1ю(1оЬас1ег хркаегспскх Л-26 и Ск!ого/1ехих аигапкасих
Глава 4. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ РАЗДЕЛЕНИЯ ЗАРЯДОВ В ПЕРВИЧНОМ АКТЕ БАКТЕРИАЛЬНОГО ФОТОСИНТЕЗА
4.1. Теоретическая модель
4.2. Результаты теоретического моделирования

Глава 5. РОЛЬ КРИСТАЛЛОГРАФИЧЕСКОЙ ВОДЫ НОН55 В ПЕРВИЧНОМ РАЗДЕЛЕНИИ ЗАРЯДОВ В РЕАКЦИОННЫХ ЦЕНТРАХ ПУРПУРНЫХ БАКТЕРИЙ Яко/оЬаег sphaeroid.es
5.1. Первичная фаза разделения зарядов в реакционных центрах мутанта ОМ203Ь ЮгоКоЪаМег хрЬаего1с1е.ч
5.2. Первичная фаза разделения зарядов в дейтерированных реакционных центрах Шюс1оЬас1ег sphaeroid.es Л
5.3. Первичная фаза разделения зарядов в сухих пленках реакционных
центров Ююс1оЬас1ег хр1юего1с!ех Л
5. 4. Влияние воды НОН55 на первичные процессы разделения зарядов в реакционных центрах КЬа. хрИаего1(1ех Л
Глава 6. РОЛЬ ТИРОЗИНА М210 В СТАБИЛИЗАЦИИ ПЕРВИЧНО РАЗДЕЛЕННЫХ ЗАРЯДОВ В РЕАКЦИОННЫХ ЦЕНТРАХ БАКТЕРИАЛЬНОГО ФОТОСИНТЕЗА
6. 1. Первичный этап разделения зарядов в реакционных центрах мутанта УМ210У ЮюйоЬаМег хрЪаего1с1а-
6. 2. Первичный этап разделения зарядов в реакционных центрах мутантов УМ2ЮГ/ГМ 197У и УМ210ЬД1Ы68Ь КкойоЬас1ег хркаего1йе.ч
6. 3. Стабилизация состояния Р+Вд_ с участием тирозина М210 Глава 7. КОГЕРЕНТНЫЙ ПЕРЕНОС ЭЛЕКТРОНА В В-ЦЕПИ РЕАКЦИОННЫХ ЦЕНТРОВ БАКТЕРИАЛЬНОГО ФОТОСИНТЕЗА
7. 1. Когерентный перенос электрона в В-цепи реакционных центров мутанта НМ 182Ь КЬа. хрЬаего1йех
7. 2. Когерентный перенос электрона в В-цепи реакционных центров
С/х. аигапИасия
7. 3. Схема движения волнового пакета при когерентном разделении зарядов в А- и В-цепи реакционных центров С/х. аигапНаст и мутанта НМ182Е КЬа. хр1шего1с1е.ч ЗАКЛЮЧЕНИЕ ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ ЛИТЕРАТУРА

ПРИНЯТЫЕ СОКРАЩЕНИЯ (список наиболее часто встречающихся сокращений)
ДА - изменение поглощения (свет - темнота);
ВСЫ - бактериохлорофилл;
Вд (В[_) и Вв (Вм) - мономерный ВСЫ в А- и В-цепи, соответственно;
ВА~ и Вв" - анионы ВА и Вв;
В1с. - ВИзЩсЫопз;
ВРНсо - бактериофеофитин;
С/х. - СЫого/1ехш;
СЫ - хлорофилл;
Нд (Нь) и Нв (Нм) - ВРЬео в А- и В-цепи, соответственно;
Нд" и Нв~ - анионы НА и Нв;
РЬео - феофитин;
Р - первичный донор электрона, димер ВСЫ;
Р* - возбужденное состояние Р;
Р+ - катион Р;
Ра (Рь) и Рв (Рм) - молекулы ВСЫ в составе Р;
Оа и С>в - первичный и вторичный хинон, соответственно;
0а_ и Св~ - анионы Од и СЬ;
РЦ - реакционный центр;
ЯЬа. - ШкхЗоЬаМег;
Фв - молекула В РЬео, введенная вместо Вв;
Фв--анион Фв.
2003). Полученные данные позволили сделать общие выводы о роли В-цепи в быстром тушении избытка возбуждающей энергии с участием молекулы каротиноида, расположенной вблизи В-цепи (Lin et al., 2001; Lin et al., 2003; Wang et al., 2006).
Введение протонируемых остатков в мутантах LIL168E и NL170D Rbct. sphaeroides приводит к зависимости переноса электрона в обеих цепях от pH вследствие зависимости зарядов на этих остатках от pH (Haffa et al., 2004). Это создает еше одну возможность управления разделением зарядов.
Таким образом, с помощью направленного мутагенеза удается существенно активировать перенос электрона в В-цепи. Перенос электрона на Нв лимитируется высокой энергией уровня Р+Вв" и небольшим электронным сопряжением Нв и Р*. Перенос электрона далее на QB наблюдается только при блокировании переноса в A-цепи. Выход Qb-лимитируется в основном высокой энергией реорганизации реакции, приводящей к образованию Qb
В результате ряда мутаций удается создать РЦ с вторичным донором электронов, таким как тирозин или атом марганца, что сближает эти мутантные РЦ с с РЦ фотосистемы
II. 'Гак, добавление Н-связей к димеру Р увеличивает его потенциал и создает возможность передачи электрона на Р ' от тирозина, введенного в локацию, аналогичную локации тирозина Yz в РЦ фотосистемы II (Kalman et al., 1999, 2003; Narvaez ct al., 2002, 2004). Аналогичная передача электрона на Р+ происходит от атома марганца, введенного в РЦ в результате серии мутаций и находящегося вблизи Р (Thieldes et al., 2005; Kalman et al., 2005).
Отметим большую устойчивость РЦ к различным мутациям. В РЦ мутантов, имеющих полный набор пигментов, фотовосстановление На имеет высокий квантовый выход несмотря на повышение уровня Р+Вд" и связанное с этим замедление разделения зарядов (Robles et al., 1990а,b; Lin et al., 1996b; Taguchi et al., 1996). Мутации, которые меняют знак заряда на Arg L135 и М164, ближайших к Р ионизуемых остатках, почти не влияют на кинетики состояния Р+Нд~ (Johnson et al., 2003). Мутации, меняющие количество водородных связей между переносчиками электрона и белком, также оказывают умеренное влияние на разделение зарядов в РЦ (Williams et al., 1992; Haffa et al., 2002; Huppman et al., 2002). Только комбинируя несколько мутаций, удается значительно активировать перенос