Содержание к диссертации
стр,
ВВЕДЕНИЕ 7.
Глава I. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ ' 9
Основной постулат мембранной биоэнергетики 9
Общее представление о фотосинтезе II
Состав и организация фотосинтетических реакционных центров пурпурных бактерий 12
Перенос электронов в ФРЦ 15
Цепь циклического электронного транспорта 22
5.1. Компоненты цепи циклического электронного
транспорта 22
5.1 Л* Дул убихинонов 22
5,1.2. Убихинол:цитохром Cg оксидоредуктаза 25
5.1.3. Цитохром С2 27
5.2. Перенос электронов в цепи циклического
электронного транспорта 28
Образование трансмембранной разности электрических .-> потенциалов, сопряженное с фотосинтетическим элек-тронным транспортом 33
Трансмембранный перенос протонов, сопряженный с фотосинтетическим электронным транспортом ' 37
8. Цели и задачи исследования 41
Глава 2. МАТЕРИМЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ 43
I. Объект исследования 43
Выращивание несерных пурпурных бактерий 43
Выделение хроматофоров 43
Выделение сфероплаатов 43 I.4.. Получение препаратов хроматофоров с разным
содержанием хинонов 44
Спектрофотометрические измерения 44
Методика проведения окислитеяьно-восстановитель-
ного титрования 46
4. Регистрация фотоиндуцированных изменений рН и
трансмембранного электрического потенциала 48
Глава 3. ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ И КИНЕТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИС
ТИКИ КОМПЛЕКСА ХИНОННЫХ АКЦЕПТОРОВ ФРЦ ПУР
ПУРНЫХ БАКТЕРИЙ 51
Индукция двухтактных колебаний концентрации Qg 51
Редокс свойства хинонных акцепторов ФРЦ хрома-тофоров Es. rubrum 57
Кинетические параметры взаимодействия ФРЦ с хи-
нонами мембранного пула 66
3.1* Механизм действия о-фенантролина 69
3.2. Эффект экстракции хинонов на перенос
электронов в ФРЦ 73
3.3. Обсуждение 78
4. Зависимость от рН редокс равновесия мевду пер
вичным и вторичным хинонными акцепторами 91
4.1. рН-зависимость константы равновесия
реакции QJ$ ^==^= pjgg 91
4.2. рН-зависимость константы равновесия
реакции gjqg =====*= g^Q 102
5. К вопросу о структуре места специфического свя
зывания Qg с белком ФРЦ 107
Глава 4. ИЗУЧЕНИЕ ГЕНЕРАЦИИ ТРАНСМЕМБРАННОЙ РАЗНОСТИ
ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИХ ПОТЕНЦИАЛОВ ИОНОВ ВОДОРОДА
НА МЕМБРАНЕ ХРОМАТОФОРОВ ПУРПУРНЫХ БАКТЕРИЙ 112
I. Генерация лрН+ в окислительных условиях ИЗ
I.I. Стационарное и импульсное освещение ИЗ
1.2. Влияние рН 120
2. Генерация лрН в условиях функционирования
двухэлектронного затвора в ФРЦ 126
Индукция медиатором двухтактных колебаний фотоиндуцированной генерации ^ и поглощения протонов в хроматофорах Rs. rubrum 127
Зависимость электрогенности Ъс, -комплекса
от редокс потенциала среды 132
2.3. Влияние разобщителей. Условия выброса протонов 138
ВЫВОДЫ 142
ПРИЛОЖЕНИЕ 144
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 147
-5-СШСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ
ДАД - 2,3,5,6-тетраметил-п-фенилендиамин
ДХФШ - 2,6-дихлорофенолиндофенол
НДС - 5,5-индигодисульфонат
ИТС - - б^^^-индиготетрасульфонат
МС - метиленовий синий
ТМФД - N, N, Nj її'-тетраметил-п-фенилендиамин
ФМС - N-феназинметосульфат
ФЭС - N-феназинэтасульфат
Бис-трис-нропан - 1,3-ди(три(гидроксиглетил)метиламино)пропан
caps - 3~циклогексиламино-1-пропансульфонат
hepes - 4-(2-гидроксиэтил)-1-пиперазинэтансульфонат
MES - 4-морфолшюэтансульфонат
mops - 4-морфолинопропансульфонат
Трицин - їьтригидроксиметил-метилглицин
ДІЩ - N, N'-дициклогексилкарбодииілид
УГДБТ - 5-н~ундецил-6-окси-4,7-диоксобензотиазол
ФКФ - карбониліщанид-п-угрифторметоксифенилгидразон
ЖФ - карбонилцианид-м-хлорфенилгидразон
ФКБ" - фенилдикарбаундекаборан ТФБ" - тетрафенилборат
ТФФ+ - тетрафенилфосфоний
ФРЦ - фотосинтетический реакционный центр 9/с2-оксидоредуктаза - убихиноліферрицитохром с2 оксидоредук-
таза
ajiH+ - трансмембранная разность электрохимических потенциалов ионов водорода
aV __ трансмембранная разность электрических потенциалов
лрН - трансмембранная разность водородных показателей
дрН0 - фотоиндуциронанные изменения рН среды
Р870, Р870+, Р870й - первичный донор электронов ФРЦ в восстановленном, окисленном и синглетно-возбужденном состоянии, соответственно
9 , Щ - убихинон
Q*~, QH* - убисемихинон в анион-радикальной и протонированной форме, соответственно
QH2 - убихинол
фд, Q-g - первичный и вторичный хинонные акцепторы ФРЦ,соответственно
Qz , Qq - молекулы убихинона, функционально связанные с центрами z и С фА^-оксидоредуктазы
c-j-, С - цитохромы типа С
ъ , ь - цитохромы типа ъ со среднеточечными потенциалами 50 и -90 мВ, соответственно
Fes - железо-серный белок Риске
Eh - окислительно-восстановительный потенциал среды
Ет 7^о^геб) ~ сРеднеточечный потенциал редокс пары Xox/Xred
при рН 7,0 (потенциал полувосстановления компонента X)
Введение к работе
Процесс фотосинтеза, заключающийся в преобразовании световой энергии в энергию химических связей, представляет собой основу всей жизни на Земле. Именно он поставляет нагл пищу и все топливо, как ископаемое, так и биологическое (биомассу).
В наши дни, когда все острее и острее ощущается ограниченность традиционных сырьевых и топливных ресурсов, особую актуальность приобретает проблема наилучшего использования доступной и экологически чистой солнечной энергии как путем реализации огромных потенциальных возможностей природных фотосинтез зирующих систем, так и путем создания искусственных фотобиологических и фотохимических преобразователей энергии света. Решение этих задач невозможно без детального знания как устройства фотосинтезирующего аппарата растений, так и механизма самого фотосинтеза.
Среди всего многообразия фотосинтезирующих организмов особый интерес представляют эволюционные предшественники растительных организмов -,фототрофные бактерии, характеризующиеся наиболее простой организацией фотосинтетического аппарата.
Ключевую роль в процессе преобразования энергии света у фотосинтезирующих.бактерий, как и у большинства других организмов, играют хиноны. В частности у пурпурных бактерий они принимают участие в первичной стабилизации фоторазделенных зарядов; являясь подвижными переносчиками, они осуществляют сопряжение между пигмент-белковым комплексом фотореакционного центра и комплексом убихинол:цито'хром с2 оксидоредуктазы; редокс превращения хинонов сопровождаются трансмембранным переносом протонов 'и образованием трансмембранной разности электрохимичес-
ких потенциалов ионов водорода (дмН"1"). Запасенная в виде лмН4" энергия затем используется для совершения химической, механической и друцих видов работы. Молекулярные механизмы этих процессов в настоящее время изучены недостаточно.
В связи с этим мы избрали объектом своего исследования фотосинтетический электронный транспорт и сопряженный с ним процесс образования ЛиН* у несерных пурпурных бактерий.
