Карбоангидразы алкалофильной цианобактерии Rhabdoderma lineare и их роль в концентрировании углерода

• Автор: Дудоладова, Марина Викторовна
• Шифр специальности: 03.00.12
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 144 с. : ил.

1.1. ССМ цианобактерий и микроводорослей

1.1.1. История открытия ССМ

1.1.2. Происхождение и эволюция ССМ

1.1.3. Общая схема действия ССМ

1.1.4. Организация ССМ цианобактерий

1.1.4.1. Транспорт неорганического углерода

1.1.4.2. Энергетические эквиваленты

1.1.4.3. Роль карбоксисом в функционировании ССМ

1.1.5. Организация ССМ зеленых микроводорослей

1.1.5.1. Транспорт нсорганического углерода

ф 1.1.5.2. Энергетические эквиваленты

1.1.5.3. Роль пиреноидов в функционировании ССМ
1.1.6. стресс и СОгконцентрирующий механизм
1.1.6.1. Индукция Сконцснгрирующего механизма
1.1.6.2. Адаптация клеток цианобактерий и микроводорослсй к С,стрессу
1.1.7. ССМ и условия окружающей среды
1.2. Структура, функции и биологическая роль карбоангидраз
1.2.1. Распространение карбоангидраз в живых организмах
1.2.2. Функции и биологическая роль карбоангидраз
1.2.2.1. Каталитический механизм работы карбоангидраз
1.2.3. Общая характеристика классов карбоажидраз, их распространение
и филогенез
1.2.3.1. Карбоангидразы цианобактерий
ГЛАВА 2. ОБЪЕКТ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАИЯ
2.1. Объект исследования
2.2. Условия культивирования . i и определение параметров роста культуры
2.3. Выделение клеточных фракций . i
ж 2.4. Измерение активности карбоангидразы
2.5. Определение содержания белка и хлорофилла
2.6. Электрофорез и иммунодетекция
2.7. Световая, флуоресцентная и иммуноэлектронная микроскопия
2.8. Определение цитоплазматического с помощью РЯМР спектроскопии
2.9. Измерение внутриклеточного пула неорганического углерода
2 Биоинформатика
ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
3.1. Влияние условий окружающей среды на рост . i
3.1.1. Влияние концентраций бикарбоната на рост . i
3.1.2. Влияние I на рост . i
3.2. Поиски активности карбоангидразы в различных фракциях клеток
. i и ингибиторный анализ фермента
3.3. Идентификация классов КА в клетках . i
3.4. Локализация КА а и классов в клетках . i
3.4.1. Исследование локализации КА акласса
3.4.2. Исследование локализации КА класса
3.5. Динамика изменений пулов неорганического углерода и системы карбоангидраз у . i в зависимости от параметров окружающей среды
3.5.1. Влияние бикарбоната на концентрацию неордничеекого углерода
и активность карбоангидраз в клетках . i
3.5.2. Влияние на концентрацию неорганического углерода и активность карбоангидраз в клетках . i
3.5.3. Динамика изменений системы карбоангидраз . i в зависимости от параметров окружающей среды
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ВЫВОДЫ
ПРИЛОЖЕНИЯ
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ
аденозиндифосфат
аденозинфифосфат
карбоангидраза зы
восстановленный никотииамидадениндинуклеотидфосфат
рибулозо1,5бисфосфаткарбоксипаза оксигеназа
ферредоксин
фотосистема I
фотосистема II
Сконценфирующий механизм
соединения неорганического углерода С, НС С
,4дихлорофснил 1,1 диметил мочевина
клетки, выращенные при концентрациях С более
клетки, выращенные при концентрации С2 менее 0.
ЛДФ
кл
НАДФН
Фд
ФСИ
С
iклтки
оСклски
ВВЕДЕНИЕ


Исследование этих мутантов позволило доказать необходимость активного транспорта С, для функционирования ССМ. Таким образом, на основании сравнительного анализа фотосинтстичсских характеристик I и iii. С,, а также изучения ССМмутантов в начале х годов была выдвинута гипотеза о существовании ССМ в клетках микроводорослей и цианобактерий . Пронина с соавт. Ссмененко, Семененко с соавт. Актуальным вопросом и по сей день остается организация ССМ. Большой вклад в его исследование был сделан с помощью уже упомянутых ССМмутантов. В настоящее время выделены и отчасти охарактеризованы мутанты из i РСС , РСС , С. С иили дефекты в транспорте . Эти исследования позволили продвинуться в изучении не только организации системы концентрирования С2, но и генетического контроля ССМ. По количество СКМмутантов еще сравнительно невелико и явно не достаточно для раскры тия всего механизма экспрессии генов ССМ i, . На рубеже х гг. XX века было сделано одно из важнейших открытий в истории исследования ССМ. Стало ясно, что увеличение концентрации СО2 осуществляется не во всем объеме клетки, а офаничено особыми микрокомпартментами карбоксисомами у цианобактерий i . С катализируется КА в непосредственной близости от активных центров карбоксилирования РБФКО . Присутствие КА в этих компартментах впервые показано в годах i . Использование молекулярнобиологических и генноинженерных методов позволило охарактеризовать ряд элементов ССМ как на уровне гена, так и на уровне белка. Это комплексы белковпсреносчиков С . Маркелова с соавт. В течение двух прошлых лет появилось несколько новых баз полных геномов цианобактерий, и работы в этом направлении активно продолжаются. Эго должно обеспечить благоприятные условия для сравнительного анализа генов цианобактерий в том числе и вовлеченных в ССМ эволюционно различных уровней из разных экологических ниш i, . Сопоставление хронологии развития цианобактерий и водорослей и изменений концентрации С и 2 в фанерозое рис. ССМ. Уровень атмосферного С в верхнем докембрии, когда возникли первые цианобактерии, был примерно в 0 раз выше современного. С. Точные данные о составе атмосферы вплоть до начала фанерозоя 0 миллионов лет назад отсутствуют, но, вероятно, в этот период концентрация С была в раз выше современной, а колебалась в пределах . Учитывая свойства современных цианобакгериальных РБФКО . ШШШЕ. Рис. Эволюция фотосинтетических организмов на фоне изменения уровней состава атмосферы i, . В результате снижения уровня С и резкого почти в 2 раза повышения концентрации около 0 миллионов лет назад возникла критическая ситуация для фотосинтетических микроорганизмов. С стал лимитирующим ресурсом, а оксигеназная реакция РБФКО приобрела статус серьезной проблемы. Таким образом, формирование ССМ в этот период стало важным условием дальнейшего существования и развития фотосинтетиков i, . Вследствие различия стратегий приспособления организмов к низкой концентрации С сформировалось несколько типов РБФКО, характерных для различных групп фотосинтетиков рис. Предполагается, что РБФКО произошла от фермента, участвовавшего в пути утилизации метионина древних бактерий. Поэтому ИСХОДНО фермент имел низкую аффинность К С И низкую С2 селективность. Последующие изменения климата стимулировали отбор фермента в сторону повышения этих параметров. По времени это совпало с происхождением первых эукариот i . Рис. Филогенетическое дерево и кинетические свойства РБФКО различных фотосинтетических организмов i, . РБФКО, описывающий отношение карбоксилазной и оксигеназной реакции 2 константа Михаэлиса для С. РБФКО форма I, представители которой состоят из большой кДа и малой кДа субъединиц, образующих гексадекаэдерную структуру . РБФКО форма II, представители которой содержат только малую субъединицу 8. Они характерны для дипофлагеллят и некоторых протеобактсрий i, . По типу большой субъединицы РБФКО формы I подразделяют на группы 1А, В, С, . Цианобактериальные виды содержат 1Л и 1В домены. Таким образом, выделяют альфа и бетацианобактерии, содержащие 1Л и 1В форму РБФКО соответственно i, .