Введение к работе
Актуальность темы
К настоящему времени получено множество данных о строении функционировании фотосистемы 2 (ФС-2). Известно, что ФС-2 окси-гнных растений является главным источником молекулярного кислоро-а на Земле, необходимого для дыхания большинства живых организмов, еакционный центр ФС-2, ответственный за преобразование энергии све-а в электрохимическую - разделенных зарядов, находится в центре белового комплекса ФС-2 и выполняет химические реакции: первичное азделение заряда в димере хлорофилла реакционного центра (Р680), по-ледующая передача электрона от воды на пластохинон, с выделением ислорода как побочного продукта реакции (Vermaas et al., 1993; Diner & abcock, 1996). Фотохимически активный реакционный центр ФС-2 со-ержит шесть полипептидов, Dl, D2, гетеродимер цитохрома Ь559, мар-шцевый кластер, psbl, и продукцию гена psbW (Satoh, 1993; Lorkovic et I., 1995). Негемовое железо, расположенное между QA и QB, не участвует епосредственно в электронной передаче, но является необходимым для гого процесса. Бета-каротин, находящийся в реакционном центре ФС-2, ак полагают, участвует в процессе фотопротекции.
За основу механизма выделения кислорода принята модель, редложенная Жолио с соавторами (Joliot et al., 1969), представляющая эбой последовательное четырех стадийное накопление окислительных <вивалентов на донорной части ФС-2, т.н. S-состояния (S0-S4), с после-ующим одномоментным окислением воды и выделением кислорода, читается доказанным участие в этом процессе координированного марища. Помимо марганца ко-факторами процесса выделения кислорода на энорной стороне ФС-2 являются ионы кальция и хлора. Процесс накоп-;ния окислительных эквивалентов инициируется фотохимической реак-ией поглощения кванта света реакционным центром ФС-2, возбуждение имера хлорофилла «а» (Р680) реакционного центра ФС-2, формирование эн-радикалыюй пары Р680+Фео+", перенос электрона через первичный <цептор электрона QA на вторичный акцептор - QB с замещением по-іеднего окисленным хиноном пластохинонового пула. Одновременно с гими процессами происходит восстановление окисленного первичного энора Р680 за счёт окисления вторичного донора - Yz, который в свою 4ередь получает электроны от марганца. Несмотря на значительный эогресс в понимании такого фундаментального явления как фотосинте-іческое окисление воды, многое остаётся не выясненным. В частности ногие стадии переноса электрона и ко-факторы данного процесса в ФС-до сих пор не выяснены.
Показано, что ионы бикарбоната связываются с негемовым же-;зом, способствуя транспорту электронов между хиноновыми акцепто-
рамп QA и QB (Diner, Petrouleas 1990). Налич ие этого эффекта было показано на ФС-2 высших растений и многих оксигенных водорослях (Blubaugh & Govindjee. 1988; Govindjee & van Rensen, 1993). За данный, акцепторный, эффект отвечает высокоафинный пул бикарбоната («1 молекула на 1 реакционный центр ФС-2). Кроме этого существует ряд экспериментальных данных, указывающих на действие бикарбоната не связанное с акцепторной стороной ФС-2, а именно, т.н. донорный эффект (Stemler and Govindjee, 1973). Предпринятые ранее попытки интерпретировать данный эффект бикарбоната не привели к пониманию этого явления, поскольку опирались на неоднозначные экспериментальные данные (Stemler and Govindjee, 1974, Stemler, 1980, El-Shintinawy and Govindjee 1990). Так, предложенная Мецнером (Metzner, 1978) и Стемлером (Stemler. 1980) модель участия ионов бикарбоната как интермедиатора процесса фотосинтетического окисления воды, находится в противоречии с результатами изотопных экспериментов (Stemler & Radmer, 1975;Radmer&011inger, 1980).
Актуальным является детальное исследование данного вопроса, который позволит более точно говорить как о месте бикарбоната в процессе фотосинтетического окисления воды, так и о механизме в целом.
Цель и задача работы
Целью настоящей работы было доказательство существования эффекта бикарбоната на донорной стороне ФС-2 высших растений, всестороннее его исследование и оценка роли в функционировании водо-окисляющего комплекса фотосистемы 2. Основными задачами являлись выяснение места действия бикарбоната в пигмент-белковом комплексе ФС-2, а также, на основе полученных нами и имеющихся в литературе данных, попытаться сформулировать механизм действия бикарбоната в процессе выделения кислорода ФС-2.
Научная повита работы.
В результате проведенных исследований впервые найдено, что зависимость величины выхода переменной флуоресценции от концентрации формната имеет двухфазный характер. Показано, что бикарбонатный эффект обусловлен действием бикарбоната на два участка ФС-2: акцепторный и донорный. Доказана значимость донорного эффекта для функционирования кислород - выделяющего комплекса. В экспериментах с реактивацией флуоресценции хлорофилла в безмарганцевых субхлоро-пластных препаратах ФС-2 показано, что Мп не способен в каталитических концентрациях реактивировать ДФ в отсутствие НС03". Установлено, что связывание ионов Мп с безмарганцевыми частицами ФС-2 усиливается в присутствии ионов НСОу. Выявлено протектирующее действие ионов бикарбоната при фото и термоинактивации. Показано, что данный
ффект связан с действием бикарбоната на донорную сторону ФС-2. [родемонстрирована способность ионов НС03" влиять на S-переходы 1п-кластера в коровых комплексах ФС-2.
Научная практическая значимость работы
Полученные результаты имеют существенное значение в изуче-ии функциональной организации ФС-2 и понимании регуляции процес-а окисления воды и выделения молекулярного кислорода.
Апробация работы
Материалы диссертации были представлены на первой город-кой конференции г. Пущино (Пущино 1996), международная научная онференция по фотосинтезу (Пущино 1996).
Публикации
По теме диссертации опубликовано 7 печатных работ Структура работы
Диссертация состоит из введения, обзора литературы, экспери-іентальной части (Объект и методы исследования, результаты и обсуж-ение), заключения, выводов и списка цитируемой литературы.