Восстановление кислорода в электрон-транспортной цепи хлоропластов высших растений: роль ферредоксина и мембраносвязанных переносчиков электронов

• Автор: Козулева, Марина Алексеевна
• Шифр специальности: 03.01.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Пущино
• Количество страниц: 117 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

ПРИНЯТЫЕ СОКРАЩЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1. ОРГАНИЗАЦИЯ ФОТОСИНТЕТИЧЕСКОЙ ЭЛЕКТРОН-ТРАНСПОРТНОЙ ЦЕПИ ВЫСШИХ РАСТЕНИЙ

1.1.1. Общие представления о фотосинтезе

1.1.2. Общий план строения

1.1.3. Фотосистема 2

1.1.4. Переносчики электрон-транспортной цепи между двумя фотосистемами

1.1.5. Фотосистема 1

1.1.6. Ферредоксин и Ферредоксии-НАДФ+ оксидоредукгаза
1.2. ВОССТАНОВЛЕНИЕ КИСЛОРОДА В ФОТОСИНТЕТИЧЕСКОЙ ЭЛЕКТРОН-ТРАНСПОРТНОЙ ЦЕПИ
1.2.1. Реакция Мелера, или восстановление кислорода компонентами фотосинтетической электрон-транспортной цепи
1.2.2. Свойства супероксидного анион-радикала и перекиси водорода
1.2.3. Пути восстановления кислорода компонентами фотосинтетической электрон-транспортной цепи
1.2.3.1. Восстановление кислорода мембранными компонентами цепи
1.2.3.2. Восстановление кислорода стромалъными компонентами хлоропласта
1.2.4. Детоксикация активных форм кислорода, образованных в хлоропластах
1.2.4.1. Антиоксидантные системы стромы
1.2.4.2. Антиоксидантные системы тилакоидноймембраны
1.2.5. Значение восстановления кислорода в фотосинтетической электрон-транспортной цепи
ГЛАВА 2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
3.1. ВОССТАНОВЛЕНИЕ КИСЛОРОДА В ПРИСУТСТВИИ ФЕРРЕДОКСИНА
3.1.1. Окислительно-восстановительные превращения ферредоксина при освещении суспензии гилакоидов в его присутствии
3.1.2. Определение общей скорости электронного транспорта
3.1.2.1. Определение с помощью измерения кислородного
обмена
3.1.2.2. Определение с помощью измерения параметров флуоресценции хлорофилла

3.1.3. Восстановление кислорода в суспензии тилакоидов в присутствии одного ферредоксина
3.1.3.1. Влияние концентрации ферредоксина
3.1.3.2. Влияние интенсивности света
3.1.3.3. Влияние качества света
3.1.4. Восстановление кислорода в суспензии тилакоидов в присутствии ферредоксина и НАДФ+
3.1.4.1. Окислительно-восстановительные превращения ферредоксина в присутствии НАДФ+
3.1.4.2. Влияние интенсивности света
3.1.4.3. Влияние НАДФ+
3.1.5. Роль ферредоксина в восстановлении кислорода.
3.2. ВНУТРИТИЛАКОИДНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ ПЕРЕКИСИ ВОДОРОДА В ИЗОЛИРОВАННЫХ ТИЛАКОИДАХ
3.2.1. Определение насыщающей концентрации цитохрома С
3.2.2. Образование Н2О2 при освещении суспензии тилакоидов в присутствии цитохрома С
3.2.3. Влияние стэкинга тилакоидных мембран на образование
Н202 в тилакоидах
3.2.4. Оценка образования Н2О2 в люмене
3.2.5. Количественная оценка потока электронов, участвующих во внутритилакоидном образовании Н2О2 в присутствии цитохрома С
3.2.6. Возможные механизмы образования Н2Ог внутри мембраны тилакоида
3.3. ОБРАЗОВАНИЕ СУПЕРОКСИДНОГО АНИОН-РАДИКАЛА
В ТИЛАКОИДНОЙ МЕМБРАНЕ
3.3.1. Накопление нитроксильного радикала при окислении циклических гидроксиламинов
3.3.2. Эффект супероксиддисмутазы на накопление нитроксильного радикала
3.3.3. Влияние концентрации циклических гидроксиламинов на накопление нитроксильного радикала
3.3.4. Влияние циклических гидроксиламинов на перенос
электрона в электрон-транспортной цепи тилакоидов
3.3.5. Влияние анаэробных условий
3.3.6. Сравнение окисления двух различающихся липофильностью циклических гидроксиламинов в суспензии тилакоидов
3.3.7. Возможные места образования супероксида и их реакции в тилакоидной мембране
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ВЫВОДЫ
ЛИТЕРАТУРА

ПРИНЯТЫЕ СОКРАЩЕНИЯ:
Аск — аскорбат
АТФ - аденозинтрифосфат
АФК - активные формы кислорода
ВВЦ - водно-водный цикл
ВОК - водоокисляющий комплекс
ДНФ-ИНТ - 2',4'-динитрофенилэфир 2-йодо-4-нитротимол
МДАР - монодегидроаскорбатредуктаза
Пц - пластоцианин
ПХ - пластохинон
РЦ - реакционный центр
ССК - светособирающий комплекс
СОД - супероксиддисмутаза
ФАД - флавинадсниндинуклеотид
Фд - ферредоксин
Фл - флаводоксин
ФНР - ферредоксин-НАДФ+ оксидоредуктаза
ФС1 и ФС2 - фотосистема 1 и фотосистема 2, соответственно
ФХ - филлохинон
Фф - феофитин
ФЭТЦ - фотсинтетическая электрон-транспортная цепь Хл - хлорофилл
ЦГА - циклический гидроксиламин Цит. - цитохром
ЦЭТ - циклический электронный транспорт ЭПР - электронный парамагнитный резонанс ЭТЦ - электрон-транспортная цепь
СМ-Н - 1-гидрокси-3-метоксикарбонил-2,2,5,5-тетраметил-пирролидин СГ
О С Р-Н — 1-гидрокси-2,2,5,5-тетраметшширирролидин-3,4-дикарбоксилат СГ
К-ЫО‘ - нитроксильный радикал
ТМРБ - N,14,N ',Г[ '-тстр амети л-р- ф енилен диамин
ТМТ-Н - 1-гидрокси-4-изобутирамид-2,2,6,6-тстраметилпиперидин СГ

методик. С помощью кислородного электрода и масс-спектрометра в изолированных тилакоидах наблюдали поглощение кислорода (Heber and French, 1968; Furbank and Badger, 1983); регистрировали образование 02'- как восстановление цит. С или окисление эпинефрина (Asada et al 1974) и образование спинового аддукта DMPO и Тирона с 02’~ (Hideg et al 1995). Km по кислороду для изолированных тилакоидов равна 5 + 10 мкМ (Heber and French, 1968; Miyake et al 1998).
В изолированных тилакоидах все переносчики цепи, потенциально способные восстановить кислород, ассоциированы с мембраной. Это подразумевает, что образование Ог'- может происходить внутри мембраны. Появление супероксида в среде через несколько секунд после вспышки света или включения действующего света наблюдали по фотохемилюминесценции люминола (Шувалов и Красновский, 1975) и по восстановлению цит. С (Takahashi and Asada, 1988). Однако прямые экспериментальные данные о первичном образовании супероксида внутри мембраны отсутствуют.
В работе (Takahashi and Asada, 1988) было также показано образование перекиси водорода при освещении суспензии тилакоидов в присутствии цит. С, который предотвращал образование перекиси в среде. Эти эксперименты проводили в присутствии разобщителей, которые, по мнению авторов, поставляли в мембрану протоны, необходимые для дисмутации Oj и образования Н2О2.
Компоненты фотосистемы
Молекулярный кислород образуется в ФС2. Там же в результате взаимодействия 3Р680, триплетного состояния Р680, с кислородом 3С)2 может генерироваться синглетный кислород,102 (Hideg et al 1994).
Есть целый ряд свидетельств, что Ог может восстанавливаться на акцепторной стороне ФС2. Но только потенциал феофитина (Ет = -610 мВ) обеспечивает термодинамически благоприятную возможность для восстановления кислорода (Pospisil 2009), тогда как Ет пары Qa/Qa- равен -80 мВ, a QB имеет еще более положительные потенциалы: -45 мВ (Qb/Qb-), +290 мВ (Qb7QbEI2) и +120 мВ (Qß/Qnl+z). В нормальных условиях анионы Фф~ и Qa~ долго не живут (перенос электрона с Фф~ на Qa происходит за время меньше 200 пс, а с Qa- на QB - 200-500 не), но в некоторых условиях (на сильном свету, в процессе сборки ФС2) они могут существовать достаточно долго, что увеличивает вероятность восстановления кислорода. Комплексы Э1/Э2/цит. 6559, в которых отсутствует Qa, могут