Введение к работе
Актуальность темы. Одной из важнейших проблем современной иофизики является выяснение механизма уникального биологического роцесса - фотосинтетического окисления воды, который происходит в этосистеме 2 (ФС-2) высших растений и водорослей. Процесс проте-ает с участием Мп-содержащего энзиматического комплекса и сопро-эждается высвооовдением 4 протонов на каждую молекулу кислорода, ак следует из принципа Ле-Шателье, для эффективного протекания гй реакции необходимо удаление протонов из водоокислящего комп-зкса, что также защищает ФС-2 от кислотной инактивации. Кроме зго, в недавних работах /Dilley, 1989; Theg and Deiley,1990/ было редположено наличие специфически организованного транспорта про-энов от места окисления воды к АТФазе без их выхода во внутрити-жоидное пространство . В то же время, остается неясным, каким зразом организован отток протонов от донорной части ФС-2 и, сле-шательно, представляется . актуальным изучение кислотно-основных фактеристик .пигмент-белкового комплекса ФС-2, компоненты которо-) первыми взаимодействуют с выделяющимися при разложении воды ютонами на их пути от ФС-2 к АТФазе.
Цель работы. Целью работы было исследование взаимодействия ютонов водной фазы с препаратами фотосистемы 2 в зависимости от і функционального состояния, а также изучение буферных свойств юлированных водорастворимых белков, входящих в состав водоокис-шцёго комплекса, с использованием прямого метода - прецизионного юлотно-щелочного титрования.
При этом были поставлены следующие задачи.
I.Создание автоматизированной установки для прецизионного слотно-щелочного титрования и методических подходов, учитывающих сокую лабильность исследуемой системы (ФС-2).
2.Определение кислотно-основных характеристик и идентификация труемых групп нативных субхлоропластных препаратов фотосистемы 2.
3.исследование влияния фотосинтетического переноса электронов сродство пигмент-белкового комплекса фотосистемы 2 к протонам.
4.Изучение протонвкцепторных свойств фотосистемы 2 при активации и реконструкции ее донорной части.
5.Исследование буферных свойств изолированных водорастворимых яков, входящих в состав энзиматического комплекса окисления пы.
Научная новизна. Впервые применен метод буферной емкости дл? исследования взаимодействия протонов с препаратами фотосистемы 2 х изолированными из них белками. В области физиологических значеній рН найдено как минимум два основных пула ионогенных групп комплекса ФС-2, различающихся по степени сродства и доступности к протонам водной фазы. Обнаружены изменения протонакцопторных свойси карбоксильных групп препаратов ФС-2 при фоторазделении зарядов, что свидетельствует о структурно-функциональных перестройках комплекса ФС-2, связанных с электронным транспортом в ФС-2 и требующих функциональной целостности прежде всего ее донорного участка.
Показано, что ресвязывание каталитически малых концентрацій марганца с препаратами ФС-2 в темноте вызывает изменение их кон-формациошюго состояния, регистрируемое по уменьшению доступності ионогенных групгг титранту, что может лежать в основе ч^резвычайнс высокой эффективности захватывания марганца в процессе реконструкции водоразлагащего комплекса.
Впервые показано явление кислотно-щелочного гистерезиса прі титровании оелка с М.м. 33 кДа, свидетельствующее о наличии дву: протонзависимых состояний белка, взаимопревращение которых може: лежать в основе функционирования этого полипептида в системе окисления воды.
Апробация работы. Основные положения работы изложены на Г конференции молодых ученых Института почвоведения и фотосинтезі РАН (Пущино, 1988), конференции молодых ученых научного центр: биологических исследований (НЦБИ РАН, Пущино, 1988); на 5-м международном симпозиуме "Регуляция метаболизма растений" (Варна, Болгария, 1990 г.), на советско-немецком коллоквиуме по проблема! фотосинтеза (Западный Берлин, 1990; Пущино 1992).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 печатных рабо' Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, описания объектов и методов исследования, изложена экспериментальных результатов и их обсуждения, выводов и списк; цитируемой литературы. Текст диссертации занимает 117 страниц, і том числе 23 рисунока и 3 таблицы.