Вклад фотосистем II и I в реакции электронного транспорта в хлоропластах Киташов, Андрей Владимирович

Введение к работе

Актуальность проблемы. Перенос электронов при оксигенном фотосинтезе от Н₂0 к NADP⁺ согласно общепринятой Z-схеме последовательно вовлекает фотосистему II, б^цитохромный комплекс и фотосистему I. Зависимость скорости нециклического переноса электронов от доступности конечного акцептора NADP⁺, то есть физиологического состояния клетки, могут in vivo снижать вероятность равномерного вклада фотосистемы П и фотосистемы І в реакции электронного транспорта. Существенное значение имеют также молярное соотношение комплексов фотосистем II и I, их латеральное распределение в тилакоидных мембранах, чувствительность к фотоингибированию. Мембранный фонд пластохипона играет в определенном смысле буферную роль, сглаживая последствия резких изменений физиологических условий, в зависимости от которых скорость оборота фотосистем может быть различной.

Отклонения электронного транспорта от Z-схемы могут иг-

Список сокращений и обозначений: БХл— бактериохлорофилл; ГХО- 2-н-гептил-4-гидроксихинолш1-Н-оксид; диурон- 3-(3,4-дихлорфенил)-1 Д-диметилмочевина; ПХФ - пентахлорфенол; СОД -супероксиддисмутаза; ТТФБ- 4,5,6,7-тетрахлор-2-трифторметил-бензимидазол; Фео- феофитин; ХКФ- л*-хлоркарбонилцианидфе-нилгидразон; Хл- хлорофилл; ADRY-реагенты - реагенты, ускоряющие дезактивацию системы окисления воды (Acceleration of Deactivation Reaction of Complex Y reagents); ANT2p- 2-(3-хлор-4-трифтор-метил)анилино-3,5-динитротиофен; DNP-INT - 2-йод-6-изо-пропил-3-метил-2',4,4'-тринитродифениловый эфир; FeCy- ферри-цианид калия; 1₅о -концентрация ингибитора, при которой наблюдается 50%-ное ингибирование процесса; (Мп)₄ - марганцевый кластер системы окисления воды; Р680- реакционный центр фотосистемы П; Q_A и Qb - первичный и вторичный хинонные акцепторы фотосистемы П; Qp - мембранный фонд пластохипона; SiMo - кремнемо-либдат натрия; Yz— остаток тирозина-161 белка D1 фотосистемы П; Z- участок связывания Qp в б^цитохромном комплексе

рать существенную регуляторную и приспособительную роль, обеспечивая функциональную гибкость фотосинтетического аппарата, а также способствовать предотвращению фотоингибиро-вания путем переключения электронных потоков.

Цель и задачи исследования. Целью работы явилось изучение функционирования фотосистемы II и фотосистемы I автономно, вне Z-схемы.

В качестве основного объекта исследования были выбраны хлоропласты гороха, широко применяемые в исследовании фото-синтетического электронного транспорта. Основным методом работы был выбран ингибиторный анализ фотосинтетического транспорта электронов.

В задачи исследования вошло:

1. Изучение циклического и нециклического переноса электронов, шадуцированного ADRY-реагенгами, в фотосистеме П.

2. Исследование зависимости нециклического переноса электронов от фотосистемы II к фотосистеме I от интенсивности действующего света.

3. Изучение способности хинонов тушить флуоресценцию хлорофилла и бактериохлорофилла в природных и модельных системах.

Научная новизна работы. В присутствии ADRY-реагентов в фотосистеме II формируется искусствешшй іщклический перенос электронов опосредованный компонентами комплекса реакционного центра, пластохиноном мембранного фонда и ADRY-реагентом, что приводит к подавлению фотосинтетического выделения кислорода. Повышение интенсивности света приводит к снижению ингибирования фотосинтетического выделения ки-

з слорода МЖУ-реагентами. Эффективность диурона и ГХО как ингибиторов фотосинтетического выделения кислорода не зависит от интенсивности света. Ипгибирующее действие DNP-INT на фотосинтетическое выделение кислорода уменьшается со снижением интенсивности света, что обусловлено большим вкладом фотосистемы П в фотосинтетический перенос электронов при меньшей интенсивности света.

Хиноны вызывают тушение флуоресценции хлорофилла а в природных и модельных системах. Из испытанных хинонов максимальным эффектом обладает менадион! Эффект менадиона как тушителя злектроішо-возбужденного состояния не может быть обусловлен его свойствами в качестве акцептора электронов в реакции Хилла. Тушение флуоресценции хлорофилла (бактерио-хлорофилла) мепадионом в природных системах относится к нефотохимическому тушению.

В целом, полученные результаты позволяют сделать заключение о фотосинтетической цепи переноса электронов в хлоропластах как динамичной системе, способной к переключению с одного режима работы на другой.

Практическое значение работы. Полученные в работе данные могут быть использованы в лекциях и семинарских занятиях по биоэнергетике, биохимии, физиологии растений и микробиологии.

Апробация работы. Результаты работы были доложены на международном семинаре «Мембранная биоэнергетика» (Москва, 1995); международной конференции памяти Е.Н.Кондратьевой «Автотрофные микроорганизмы» (Москва, 1996); международной конференции «Биоэнергетика фотосинтеза» (Пушило, 1996);

4 ...

международной летней школе Европейского научного фонда (HSF) по проблемам биофизики мембран I! (Лондон. 1997); заседании каф. клеточной физиологии и иммунологии МГУ (Москва, 1997); Всероссийском съезде фотобиологов (Пушино, 1998).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 6 печатных работ.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, описания материалов и методов исследования, изложения результатов и их обсуждения, заключения, выводов и списка цитируемой литературы. Диссертация изложена на 151 странице, иллюстрирована 22 рисунками и 8 таблицами.