Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Альтернативные пути электронного транспорта в хлоропластах высших растений

ВАК РФ 03.00.02, Биофизика

Автореферат диссертации по теме "Альтернативные пути электронного транспорта в хлоропластах высших растений"

АЛЬТЕРНАТИВНЫЕ ПУТИ ЭЛЕКТРОННОГО ТРАНСПОРТА В ХЛОРОПЛАСТАХ ВЫСШИХ РАСТЕНИЙ

Специальность 03.00.02 - биофизика 03.00.16 -экология

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

- 3 ДЕК 2009

Москва - 2009 г.

Работа выполнена на кафедре биофизики физического факультета Московского государственного университета имени М.В.Ломоносова

Научный руководитель: доктор физико-математических наук, профессор

Тихонов Александр Николаевич

Официальные оппоненты: доктор биологических наук

Иванов Борис Николаевич

доктор физико-математических наук, профессор Караваев Владимир Александрович

Ведущая организация: Институт химической физики

им. H.H. Семенова РАН

Ор

Защита состоится «17» декабря 2009 г. в

на заседании диссертационного совета Д 501.002.11 при Московском государственном университете имени М.В.Ломоносова по адресу: Москва, Ленинские горы, МГУ им. М.В. Ломоносова, физический факультет, аудитория .

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке физического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова Автореферат разослан «

А » ноября 2009 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Д 501.002.11 доктор физико-математических наук

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

Фотосинтез играет исключительно важную роль в круговороте веществ и энергии в биосфере. Изучение механизмов регуляции электронного и протонного транспорта и альтернативных путей переноса электронов в клетках фотосинтезирующих бактерий, водорослей и в хлоропластах высших растений -актуальная задача биофизики фотосинтеза. Известно, что в фотосинтетических системах оксигенного типа кроме основной цепи переноса электронов от воды к КАБР+ (нециклический электронный транспорт) могут функционировать цепи циклического переноса электронов вокруг фотосистемы 1 (ФС1). В том случае, когда конечным акцептором электрона в ФС1 является не КАВР+, а молекулярный кислород (который в конечном итоге восстанавливается до воды), работает цепь псевдоциклического транспорта электронов (цикл «вода-вода»: Н20 —* ФС2 —» ФС1 —> 02 —» НгО). Существование разных путей электронного транспорта обеспечивает условия для оптимальной работы фотосинтетического аппарата. Перенос электронов по циклической и псевдоциклической цепям электронного транспорта, который не приводит к восстановлению ЫАВР+, сопряжен с генерацией трансмембранной разности электрохимических потенциалов ионов водорода, необходимой для работы АТР-синтазных комплексов. Благодаря этому обеспечивается стехиометрическое отношение АТР/ЫАОРН = 3:2, необходимое для оптимального функционирования цикла Кальвина. Таким образом, альтернативные пути переноса электронов могут оказывать существенное влияние на кинетику световых и темновых стадий фотосинтеза в фотосинтетических системах оксигенного типа. Математическое моделирование электронного и протонного транспорта в хлоропластах высших растений может играть важную роль в анализе механизмов регуляции световых и темновых стадий фотосинтеза.

Цель и задачи исследования

Целью данной диссертационной работы является изучение альтернативных путей электронного транспорта в хлоропластах.

В соответствии с поставленной целью в диссертационной работе были определены следующие задачи:

1) исследовать методами ЭПР-спектроскопии и РАМ-флуориметрии влияние кислорода на кинетику электронного транспорта в хлоропластах in situ;

2) для оценки вклада альтернативных путей переноса электронов в регуляцию электронного транспорта в хлоропластах разработать обобщенную математическую модель, учитывающую процессы рН-зависимой диссипации энергии возбуждения в ФС2 и активации реакций цикла Кальвина.

Научная новизна и практическая значимость работы

1. Разработана математическая модель электронного и протонного транспорта в хлоропластах, учитывающая перенос электронов на кислород, активацию реакций цикла Кальвина и рН-зависимую диссипацию энергии в ФС2.

2. С помощью математической модели проанализирован вклад различных факторов в появление многофазной кинетики фотоиндуцированных редокс-превращений Р7+00 в хлоропластах.

3. Методами ЭПР-спектроскопии и РАМ-флуориметрии показано, что наличие кислорода (альтернативного акцептора электронов) в атмосфере позволяет поддерживать электронный транспорт на относительно высоком уровне даже при невысоких концентрациях СОг (< 350 ррш).

4. Анализ экспериментальных данных в рамках математической модели электронного транспорта показал, что в листьях китайской розы стационарный поток электронов на кислород достигает » 40 % от общего потока электронов, протекающих через ФС1.

Представленные в диссертации экспериментальные данные могут быть использованы для количественного анализа регуляции световых стадий фотосинтеза и оценки влияния экологических факторов (содержание СОг и 02 в атмосфере) на работу фотосинтетического аппарата в хлоропластах высших растений.

Апробация работы и публикации

Основные результаты диссертационной работы представлены на Международной конференции «Ломоносов-2006», секция «Физика» (Москва), на VI Международной молодежной конференции «Биохимическая физика» ИБХФ

РАН-ВУЗы 2006 (Москва), на XIV Международной научной конференции студентов, аспирантов и молодых учёных «Ломоносов-2007», секция «Физика» (Москва), на VII Международной молодежной конференции «Биохимическая физика» ИБХФ РАН-ВУЗы 2007 (Москва), Vth Meeting of Russian Society for Photobiology and the International Conference "Light Energy Conversion in Photosynthesis" (Pushchino, 2008), на XIX Пущинских чтений по фотосинтезу и Всероссийской конференции «Фотохимия хлорофилла в модельных и природных системах» (Пущино, 2009).

По материалам диссертационной работы опубликовано 10 печатных работ, включая 3 статьи в журналах из списка ВАК.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, выводов, списка литературы и приложения. Общий объем работы составляет стр. текста, включая^ рис. и список литературы, содержащий /20 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение

Во введении рассмотрена актуальность темы диссертационной работы, сформулирована цель работы и определены основные задачи исследования.

Глава 1. Обзор литературы

В первом разделе Главы 1 даны краткие сведения о фотосинтезе. В следующем разделе рассмотрено строение хлоропластов и цианобактерий. Третий раздел содержит описание цепи электронного транспорта в фотосинтетических системах оксигенного типа, рассмотрена схема расположения электрон-транспортных комплексов (ФС1, ФС2 и ¿/-комплекс) и их взаимодействие в тилакоидной мембране. Обсуждаются альтернативные пути переноса электронов. Рассчитывается стехиометрия переноса электронов, протонов и синтеза АТР.

Четвёртый раздел Главы 1 посвящен регуляции фотосинтеза в хлоропласгах. Рассмотрены такие механизмы регуляции, как явление фотосинтетического контроля, нефотохимическая диссипация энергии в ФС2, фосфорилирование

ферментов цикла Кальвина и АТР-синтазы, редокс-регуляция фотосинтетических ферментов.

В пятом разделе описан псевдоциклический транспорт электронов и влияние состава газовой атмосферы на кинетику фотосинтетического электронного транспорта, рассмотрены процессы фотодыхания.

Шестой раздел посвящён описанию основ метода РАМ-флуориметрии, который широко используются для изучения процессов регуляции переноса электронов в фотосинтезирующих объектах.

В седьмом разделе кратко рассмотрены теоретические работы по математическому моделированию электронного транспорта в фотосинтетических системах, которые наиболее близки к теме настоящей диссертационной работы.

Глава 2. Материалы и методы

Глава 2 посвящена описанию материалов и методов, использованных в диссертационной работе. Объектами служили листья китайской розы (Hibiscus rosa-sinensis). Кинетику фотосинтетического транспорта электронов изучали по фотоиндуцированным изменениям сигнала ЭПРI от Р7+00 - окисленного первичного донора электрона ФС1. Скорость электронного транспорта и процессы нефотохимического тушения флуоресценции в ФС2 изучали методом РАМ-флуориметрии.

Для анализа экспериментальных данных была расширена математическая модель электронного и протонного транспорта в хлоропластах, первоначальный вариант которой был разработан Вершубским, Приклонским, Фроловым и Тихоновым. Обобщенная модель включает в себя описание альтернативных путей электронного транспорта, рН-зависимые процессы нефотохимического тушения возбуждения в ФС2 и активации реакций цикла Кальвина.

цитоплазма

отрома

н' Н* Нг0 1/20г+2Н*

К

Внутритилакоиднов пространство

Рис. 1. Цепь электронного транспорта и пути трансмембранного переноса протонов (на врезке), рассматриваемые в модели.

{FNR}

02

ADP + P,

Схема описываемых в модели процессов показана на рис. 1. Эта схема включает в себя цепь переноса электронов, а также реакции трансмембранного переноса протонов. В качестве переменных выбраны концентрации окисленных переносчиков электронов: [Р7+00] - концентрация окисленных центров Р700 (первичный донор электронов в ФС1), [ P6+so ] - концентрация окисленных центров Рб80 (первичный донор электронов в ФС2), [Рс] - концентрация окисленных переносчиков, являющихся непосредственными донорами электронов для окисленных центров Р700 (пластоцианин и/или цитохром сД [Q] - концентрация окисленного пластохинона, [Fd+] - концентрация окисленного ферредоксина, [N+] - концентрация терминального акцептора ФС1 - NADP+, [NH] - концентрация протонированной формы NADPII, [02] - концентрация кислорода в среде. Переменная [АТР] описывает изменения концентрации АТР. [#,+ ] - концентрация протонов во внутритилакоидном пространстве, - концентрация протонов в

строме.

Для описания процессов электронного и протонного транспорта в хлоропластах использовали следующую систему дифференциальных уравнений:

= «.([АёМ], -[ЛТР])./,,,,(/)-([кн![ЛТР])

Л

фр = ксс ([ш], [ЛТР]) - [М+]{о.5*„, ([Рс1]0-[ы+М+к^нптт]

л

1 = {кп[н:т + *,*[М*] + *ю[02])Мо -РчП)- А^™о[Рс1+]([Р,001э -[Р,+м])

= Ъ25кН2О[?;т]-0.5[Ог]{кОХ1{[дЪ^2([Рс]0 -[Рф ¿,о([Рс1]0-[РсГ]))

= ¿А„ [//;тфш]0 -Рй,])-кН1()[гт]

л

= Л,^7оо[Рс1+]([Р70010 -[Р™])-А,с[Р7;01([Рс]0 -[Рс])

" ~ = ЬшЛЩ* -[РсЛО^ + ЛрД^ЙРс], - [Рс])- 2аь/к0([0],[Рс],[Н* ]) ас

ш

а

КД

тк]Кт+кгв([р<1]0 ~[1(1' ])+ь,_кгш ([Р680

+^я[н:]([Ы]„ - - [ыя]) - [КН]+кга[О2]{[Рё10 -[РсГ]) + ксс ([N111 [АТРЬ + ./„„ (/).- ^ (0 ■- ([ А ё N1, - [АТР]У,.№ (О

^^ = 7Кб»(1Р«]о-[Р™о])[Н:] + 20-ь^ч([д],[Рс]>[НП)-[АОР}/АТР-7р1,}

ш I,

<ш;, 2 л I

___________тмщ[ип-1н;))

А,ТЛ'' т а + [я;]-[104рн + /?]' к0(Ко+[Н;]) + к,(К1+1ХП)

1 .+ШЦ+Ш11+Т+- 1

кЛШЪ-Ю» Я, Я2 2кГс[Рс*}

Параметры ¿1 и Ь2 определяют количество квантов света, попадающих в единицу времени к восстановленным реакционным центрам Р700 и Р6во соответственно. Постоянные величины, отмеченные нижним индексом "О", суть максимальные

концентрации соответствующих переменных. Константа аы - поверхностная плотность b(f-комплексов в мембране; кто, ^q, к?с, кРу0о, ^fq, ho, £fn, ¿сс> ¿охь ¿хо2, ¿nh и kNq - эффективные константы скоростей реакций, показанных на рис. 1. Величина kRC соответствует эффективной константе скорости восстановления NADP+ за счет нсфотосинтетических метаболических процессов (например, за счет пентозофосфатного пути окисления глюкозы).

Функция £q{[Q],[Pc],[#,+ ]} = 1/tq является эффективной константой скорости, характеризующей совокупность процессов, связанных с окислением молекулы пластохинола Qfy. Характерное время окисления нластохинола Tq определяется скоростью ее непосредственного взаимодействием с ¿^комплексом и временем переноса электрона от ¿(/комплекса на молекулу пластоцианина. Скорость окисления QH2 зависит от концентрации ионов водорода внутри тилакоидов.

Совокупность параметров модели К[ и В^ (/ = 1,... п) характеризуют буферные свойства системы. Здесь К-, - константа равновесия для реакции связывания протонов буферными группами /-го типа, находящихся внутри тилакоидов мембраны; В, - концентрации этих буферных групп. Параметры модели /0 и /; характеризуют линейные размеры стромы и внутритилакоидного пространства, соответственно.

Константа соi выражает стехиометрию процессов переноса протонов через ЛТР-синтазу, а константа ш? - расход АТР и конечного акцептора электрона NADPH в реакциях цикла Кальвина и они равны 14/3 и 3/2, соответственно.

Потребление NADPH и A TP в цикле Кальвина описывается с помощью параметрической функции:

Первый множитель в формуле является функцией Больцмана, феноменологически описывающей рН-зависимую активацию ферментов цикла Кальвина за счет фотоиндуцированного защелачивания стромы.

Для моделирования процессов нефотохимического тушения константа Lг, характеризующая число квантов света попадающих в единицу времени к Р680, была феноменологически задана в виде функции L2(pH¡), параметрически зависящей от

max

[/Ш]]-[МН]

рН внутритилакоидного пространства (рН;). Таким способом учитывалось, что при закислении люмена происходит ослабление фотохимической активности ФС2. Функция 12(рН;) имеет следующий вид:

Константы к, Ln и ¿min — параметры модели. Численные значения констант скоростей приведены в Приложении.

Глава 3. Экспериментальные результаты

В этой главе описаны экспериментальные результаты по влиянию предыстории освещения и газового состава атмосферы на электронный транспорт в хлоропластах in situ.

В первом разделе Главы 3 изучено влияние предыстории освещения (время адаптации к темноте и циклам освещения) на кинетику фотоиндуцированных изменений величины сигнала ЭПР от Р7+00 и быструю и медленную индукции флуоресценции хлорофилла. Рассмотрено также влияние интенсивности света на параметры, полученные методом РАМ-флуориметрии. Измеренные в этом разделе данные позволили выработать оптимальные условия измерений и стандартизировать протокол измерений.

Следующий раздел Главы 3 посвящен исследованию влияния атмосферного кислорода на кинетику фотоиндуцированных изменений сигнала ЭПР от Р^, быструю индукцию флуоресценции и процессы фотохимического и нефотохимического тушения флуоресценции хлорофилла в хлоропластах in vivo (листья Hibiscus rosa-sinensis).

Показано, что наличие кислорода (~ 20 %) в атмосфере даже при пониженных концентрациях СС>2 (<50 ррш) способствует поддержанию стационарного уровня Р700 близкому к стационарному уровню при атмосферных концентрациях 02 и С02 (рис. 2).

pH¡ > рК РН;5РК

Рис. 2. Влияние газового состава на стационарный уровень концентрации Р7+о0. (1) N2 - продув кюветы с листом азотом ([02] < 0.5 %, [С02] < 50 рргп), (2) N2+02 - продув кюветы смесью азота и кислорода ([02] = (21±0.5) %, [С02] < 50 ррт), (3) Иг+СОг - продув кюветы смесью азота и С02 ([02] < 0.5 %, [С02] = (5000±1000)ррш), (4) воздух - продув кюветы с листом воздухом ([02] = (21±0.5) %, [С02] = (500±100) рргп), (5) воздух+С02 - продув кюветы с листом воздухом с повышенным содержанием СО2 ([02] = (21 ±0.5)%, [С02] = (5000±1000) ррт).

Как видно из рис. 2, в атмосфере Ы2 (при этом [02] < 0.5 %, [С02] < 50 ррт) уровень сигнала ЭПР от Р7„0 составляет (23±5) % от контрольного значения. В присутствии кислорода ([02]=21 %) или С02 ([С02] > 500 ррт), стационарные значения концентрации Р700+ в пределах погрешности не отличаются от контрольных значений (при [02] = 21 %, [С02] = (500±100) ррт).

С помощью метода РАМ-флуориметрии (см. схему освещения и обозначения на рис. 3) исследовано влияние кислорода и С02 на электронный транспорт и процессы нефотохимического тушения в хлоропластах т .«'/и. Для этого

Р '-Р

использовались следующие параметры: qv = т-— - коэффициент

К'-^о

фотохимического тушения флуоресценции хлорофилла, отражающий долю «текущего» квантового выхода ФС2 от максимального квантового выхода ФС2 и

Р — Р 1

характеризующий скорость электронного транспорта в ФС2; ЫР{2 ~ ——-

коэффициент нефотохимического тушения, характеризующий диссипацию энергии в ФС2, связанную с переходом энергии возбуждения в тепло.

Действующий свет

60 90

Время, с

Рис. 3. Кинетика медленной индукции флуоресценции, записанной по протоколу РАМ-флуориметрии. ИС - измерительный свет, НС - вспышки насыщающего света.

Исследование кинетики фотоиндуцированных изменений дР в зависимости от газового состава атмосферы (рис. 4) показало, что в условиях, когда в атмосфере листа нет ни кислорода ([02] <0.5 %), ни С02 ([С02] < 50 ррт), являющегося конечным физиологическим акцептором электронов, стационарное значение ^р мало (~ 20 % от значения др на воздухе). Это означает, что в отсутствие в атмосфере кислорода и С02 нециклический (и/или псевдоциклический) транспорт электронов мал, поскольку при этом не может эффективно работать цикл Кальвина и отсутствует альтернативный поток электронов от ФС1 к кислороду. Отметим, что в присутствии кислорода ([02] = 21 %) даже при низкой концентрации С02 ([С02] < 50 ррт) наблюдается заметное увеличение ц?. Присутствие С02 способствует заметному увеличению потока электронов через ФС2 как в аэробных, так и в анаэробных условиях. По мере роста концентрации С02, электронный поток растет и достигает максимального значения (рис. 4А и рис. 5А). Отметим, что заметное влияние кислорода на величину qí проявляется только при концентрациях [С02] < 1000 ррш, при высоких концентрациях С02 ([С02] > 1000 ррт) значения

совпадают в пределах точности эксперимента. Следовательно, отток электронов на кислород может способствовать поддержанию электронного транспорта при недостаточно эффективной работе цикла Кальвина.

Рис. 4. Влияние газового состава атмосферы на фотохимическое (А) и нефотохимическое (Б) тушение флуоресценции. Лист во время 10 минутной адаптации и непосредственно во время измерений находился в атмосфере азота ([02]<0.5%, [С02] < 50 ррт), азота+С02 ([02]<0.5%, [С02] = (500±100) ррт), воздуха ([02] = (21±0.5) %, [С02] = (500±100) ррт), воздуха с повышенным содержанием С02 ([02] =(21±0.5) %, [С02] = (1000±100)ррт).

Изучение влияния газового состава атмосферы показало, что удаление кислорода или С02 из атмосферы листа приводит к увеличению нефотохимического тушения флуоресценции хлорофилла. В отсутствии кислорода и/или С02 параметр МР() заметно выше, чем в контроле (при [02]= 21%,

[С02] ~ 500 ppm). Это может быть обусловлено тем, что состояние акцепторного участка ФС1 влияет на величину трансмембранной разности рН. При низкой концентрации С02 нет потребления АТР и NADPH в цикле Кальвина, при этом в хлоропластах накапливается избыток АТР, что может привести к более сильному закислению люмена и, как следствие этого, к усилению нефотохимического тушения. Увеличение концентрации С02 приводит к усилению потребления АТР в цикле Кальвина, что влечет за собой более интенсивную утечку протонов через АТР-синтазные комплексы, что проявляется в падении параметра NPQ. Это подтверждается результатами «численных экспериментов», выполненных с помощью разработанной нами математической модели (Глава 4).

[со2]аш(%)

Рис. 5. Зависимости фотохимического (А) и нефотохимического (Б) тушения флуоресценции от концентрации С02 в атмосфере листа. Измерения выполнены в условиях гипоксии (обдув листа газом, содержащим Л2 и С02, [02]< 0.5 %) или в присутствии кислорода в атмосфере (воздух+С02, [02] = 20-21 %).

Глава 4. Математическое моделирование электронного и протонного транспорта в хлоропластах

Глава 4 содержит результаты математического моделирования электронного и протонного транспорта в хлоропластах. В разделе 1 Главы 4 описываются результаты «численных экспериментов», посвященных моделированию влияния кислорода на кинетику электронного транспорта. Была исследована зависимость кинетики фотоиндуцированного окисления P}qq от содержания кислорода в атмосфере листа. Показано, что экспериментальные зависимости стационарной концентрации Р7+00 от содержания кислорода, полученные для разных растений или при разной концентрации С02 в атмосфере листа, можно описать адекватно, варьируя отношение ферредоксин/ФС1 (рис. 6). Сопоставление результатов расчетов с экспериментальными данными показало, что в аэробных условиях ([02] = 20-21 %) поток электронов на 02 достигает = 40 % от общего потока электронов, проходящих через ФС1. На рис. 6А приведены наши экспериментальные данные для листьев китайской розы, а также данные для листьев шпината, заимствованные из работы [Heber et al., 2002]. Подчеркнем, что интенсивности света, использованные в этой работе и в наших экспериментах, были близкими. Приведенные на рис. 6А данные для листьев китайской розы были получены при нормальном (~ 0.035 %) или повышенном (~ 0.5-1 %) содержании С02 в потоке газа, обдувающего образец. Данные для листьев шпината соответствуют концентрации С02 вблизи точки компенсации (0.0035 %). На рис. 6Б приведены теоретические кривые, рассчитанные для трех значений параметра [Fd]o/[P7oo]o> характеризующего относительный размер пула молекул ферредоксина ([Р7оо]о -суммарная концентрация окисленной и восстановленной форм Р7оо)-

Из рис. 6 видно, что с понижением концентрации [02] стационарная концентрация Р7+00 падает. Для листьев китайской розы двукратное уменьшение [Р,^] наблюдается при концентрации кислорода =2.5%. Для листьев шпината -при [02] ~ 5%.

р, А

отн.ед. f'V * ' 1 / /о —: ^ v / / экспеоимент: 1 ♦ 350 ррт С02, 320 мВт/мг

V * 2 * 5000 ррт СОг, 320 мВт/м2

♦ ' 3 т 35 ррт С02, 300 мВт/м2

(Heberetal., 2002\

Р, Б

отн.ед.

/6 / / - / /5/ / / /4 , , 1.... 1 .1.... мат. модель: rFdl0/lP.Ja 4- 4.5 5- 5 б— 6 . , I . . , . 1 . . . . 1 . .

[OJ, %

Рис. 6. Зависимость стационарных концентраций Р7+00 от концентрации кислорода. На панели А показаны экспериментальные данные для листьев китайской розы (7 - [С02] = 0.035 %; 2 - [С02] = 0.5-1 %) и для листьев шпината (3 [Heber et al., 2002]), соответствующие интенсивностям света 300 Вт/м2. На панели Б показаны теоретические кривые, рассчитанные при значениях параметра [Fd]</[P7oo]o = 4.5, 5 и 6, соответственно для кривых 4, 5 и б; другие параметры модели: [NADP](/[P7oo]o = 10, [AdN]0/[P70o]o = 200, где [NADP]o - суммарная концентрация окисленной и восстановленной форм NADP, [AdNja - суммарная концентрация ADP и АТР.

Различие концентрационных зависимостей для листьев китайской розы и шпината может быть обусловлено разными причинами. Одна из возможных причин -различие в количестве электронных переносчиков ФС1. На рис. 6Б приведены теоретические кривые, рассчитанные для параметров модели = 8000 (с"'М~'), [NADP]0/[P7oo]o = 10 и трех значений относительной емкости пула ферредоксина [Fd]0/[P7oo]o = 4.5, 5 и б. Видно, что даже незначительное варьирование размеров

пула ферредоксина существенно сказывается на форме концентрационных зависимостей. С увеличением общего числа молекул ферредоксина стационарная концентрация Р,+(ю возрастает. Для листьев китайской розы все экспериментальные точки попадают в область пространства между двумя теоретическими кривыми, полученными для |Тс1]о/[Р7оо]о = 5 и 6. Данные для листьев шпината лежат ближе к теоретической кривой, полученной для [Рс1]о/[Р7оо]о = 4.5. Таким образом, при выбранных нами константах, характеризующих окисление ферредоксина кислородом, теоретические кривые достаточно хорошо согласуются с экспериментальными данными.

Раздел 2 Главы 4 посвящен моделированию влияния активации ферментов ЦК, а Раздел 3 нефотохимической диссипации энергии в ФС2 на ЭТ в хлоропластах. Рисунок 7 иллюстрирует распределение потоков электронов на акцепторной стороне ФС1 в зависимости от условий активации цикла Кальвина и нефотохимического тушения. В нашей модели поток электронов на акцепторной стороне ФС1 разделяются на три части. Это линейный транспорт электронов от ферредоксина на ЫАЭР+ (кривая 1), циклический транспорт через ферредоксин-хинон-редуктазу (Р<311), при котором электроны возвращаются в цепь электронного транспорта на уровне пластохинонового пула (кривая 2), и поток электронов на кислород (кривая 3).

Моделирование процессов рН-зависимой активации ферментов цикла Кальвина показало, что в ходе освещения происходит перераспределение потоков электронов на акцепторном участке ФС1 (рис. 7): на первых этапах наблюдается большой поток электронов на кислород и низкий отток электронов в цикл Кальвина, по мере активации цикла Кальвина поток электронов на кислород уменьшается, а поток электронов в цикл Кальвина увеличивается. Поток электронов на кислород наиболее велик на начальном этапе освещения, когда ферменты цикла Кальвина неактивны, благодаря чему не происходит «перевосстановления» акцепторного участка ФС1, что могло бы приводить к образованию активных форм кислорода, способных ингибировать фотосинтетический аппарат.

Время, мин

Рис.7. Потоки электронов на акцепторной стороне ФС1: кривая 1 - от ферредоксина к ИЛВР+ (в цикл Кальвина), 2 - от ферредоксина к хинону (циклический транспорт), 3 - от ферредоксина на кислород (реакция Мелера), 4 - суммарный поток электронов. Панели а, в - цикл Кальвина не активирован, б, г - есть активация цикла Кальвина. Панели а, б - нет нефотохимического тушения, в, г - с учётом эффекта нефотохимического тушения возбуждения в ФС2.

В условиях, когда цикл Кальвина не активирован (рис. 7 панели а, в), поток электронов к ЫАОР* становится исчезающее малым (кривая 1), при этом основной поток электронов от ФС1 направлен на кислород (кривая 3). В этих условиях также работает цепь циклического транспорта вокруг ФС1 через БСЖ но этот поток электронов на порядок меньше, чем отток электронов на кислород. С течением времени, после перехода системы в метаболическое состояние 4, оба этих потока уменьшаются, поскольку происходит торможение переноса электронов на участке между ФС2 и ФС1 вследствие закисления внутритилакоидного пространства. Из сравнения кинетических кривых, показанных на панелях о и в, видно, что нефотохимическая диссипация энергии в ФС2 слабо сказывается на распределении электронных потоков, хотя и приводит к некоторому увеличению циклического потока электронов. Диссипация энергии в ФС2 приводит к уменьшению потока электронов от ФС2 на пластохинон. В результате этого пул пластохинонов

становится более окисленным. Окисленный пул пластохннонов, в свою очередь, стимулирует циклический транспорт электронов.

В случае, когда имеет место рН-зависимая активация реакции цикла Кальвина, происходит гораздо более существенное перераспределение электронных потоков на акцепторной стороне ФС1. В результате ускоренного потребления субстратов в цикле Кальвина резко возрастает поток электронов к NADP+ и одновременно резко уменьшается поток на кислород (рис. 7). При этом также ослабляется циклический поток электронов вокруг ФС1. В отличие от предыдущего случая, рН-зависимая диссипация энергии в ФС2 приводит к уменьшению общего потока электронов более чем на 20 %.

В разделе 4 Главы 4 описаны результаты моделирования влияния циклического транспорта электронов вокруг ФС1 на кинетику фотоиндуцированных редокс-превращений Р700 и других электронных переносчиков. Рассмотрены, в частности, причины появления многофазной кинетики редокс-превращений Р7+00. Показано, что среди причин возникновения многофазной кинетики - различное значение начальной концентрации электронных переносчиков, переход хлоропластов из метаболического состояния 3 в состояние 4 (эффект фотосинтетического контроля), активация реакций цикла Кальвина и рН-зависимая диссипация энергии в ФС2. Рассмотрено также влияние циклического транспорта электронов вокруг ФС1 на кинетику редокс-превращений Р,+оо и других электронных переносчиков. Показано, что циклический транспорт может способствовать дополнительному синтезу молекул АТР и позволяет избежать «перевосстановления» акцепторов электрона ФС1.

Раздел 5 Главы 4 описывает моделирование влияния интенсивности света на перенос электронов в хлоропластах. Обсуждаются зависимости кинетики редокс-превращений Р700, стационарных концентраций Р7о0 и внутритилакоидного рН от интенсивности света. Проведено сравнение результатов расчётов с литературными экспериментальными данными. Показано, что особенности световых зависимостей параметров электронного транспорта могут определяться метаболическим состоянии системы и тем, какие альтернативные пути переноса электронов включены в работу фотосинтетического аппарата растений.

В заключении подведены основные итоги выполненных исследований.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Разработана математическая модель электронного и протонного транспорта в хлоропластах, учитывающая различные пути циклического транспорта электронов вокруг ФС1, перенос электронов от ФС1 на кислород, рН-зависимую активацию ферментов цикла Кальвина и рН-зависимую диссипацию энергии в ФС2.

2. Анализ экспериментальных данных в рамках разработанной модели позволил выделить вклад различных факторов в появление многофазной кинетики фотоиндуцированных редокс-превращений Р7+00 в хлоропластах:

а) редокс-состояние электронных переносчиков, предшествующее началу

освещения;

б) переход хлоропластов из метаболического состояния 3 в состояние 4;

в) рН-зависимая активация ферментов цикла Кальвина;

г) рН-зависимая диссипация энергии в ФС2.

3. Методами ЭПР-спектроскогаш и РАМ-флуориметрии показано, что наличие кислорода в атмосфере позволяет поддерживать электронный транспорт на относительно высоком уровне при невысоких концентрациях СО? (< 350 ррт).

4. Количественный анализ экспериментальных данных, выполненный в рамках разработанной математической модели, показал, что

а) в листьях китайской розы стационарный поток электронов на кислород достигает « 40 % от общего потока электронов, протекающих через ФС1.

б) уменьшение стационарной концентрации [Р700] в анаэробных условиях может быть связано с «перевосстановлением» акцепторного участка ФС1 и ослаблением эффекта фотосинтетического контроля.

5. Численное моделирование электронного и протонного транспорта в хлоропластах показало, что при активации ферментов цикла Кальвина может происходить перераспределение потоков электронов на акцепторном участке ФС1: на первых этапах освещения, когда активность ферментов цикла Кальвина мала, устаивается поток электронов на кислород, в дальнейшем отток электронов на кислород уменьшается и возрастает поток электронов в цикл Кальвина.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Кувыкин КВ., Вершубский A.B., Птушенко В.В., Тихонов А.Н. «Кислород как альтернативный акцептор в фотосинтетической цепи электронного транспорта СЗ-растений». //Биохимия. 2008. Т. 73. № 10. С. 1329-1343.

2. Кувыкин И.В., Вершубский A.B., Тихонов А.Н. «Альтернативные пути фотоиндуцированного электронного транспорта в хлоропластах». // Химическая физика. 2009. Т. 28. № 4. с. 63-75.

3. Кувыкин И.В., Вершубский A.B., Приклонский В.И., Тихонов А.Н. «pH-зависимая регуляция электронного транспорта в хлоропластах. Компьютерное исследование». // Биофизика. 2009. т. 54, № 4, с. 647-659.

4. Кувыкин И. В., Вершубский А. В., Птушенко В. В. «Альтернативные пути электронного транспорта в фотосинтетических системах оксигенного типа». // Сборник докладов VI Ежегодной молодежной конференции ИБХФ РАН-вузы «Биохимическая физика» - 2006. Москва. С. 120-129.

5. Кувыкин И.В., Вершубский A.B., Тихонов А.Н. «Математическая модель взаимодействия фотосинтетической и дыхательной цепи электронного транспорта в цианобактериях». // Сборник тезисов Международной конференции студентов и аспирантов по фундаментальным наукам "Ломоносов-2006". Секция "Физика". Москва. С. 41-43.

6. Кувыкин И. В. «Альтернативные пути электронного транспорта в фотосинтетических системах оксигенного типа». // Сборник тезисов XIV Международной научной конференции студентов, аспирантов и молодых учёных «Ломоносов-2007». Секция «Физика». Москва. С. 33-34.

7. Кувыкин И.В., Вершубский A.B., Птушенко В.В. «Влияние кислорода на фотосинтетический электронный транспорт в листьях высших растений». // Сборник тезисов VII Международной молодежной конференции «Биохимическая физика» ИБХФ РАН-ВУЗы 2007. Москва. С. 161-167.

8. Kuvykin I.V., VershubskiyA.V., Ptushenko V.V., Tikhonov A.N. «Effects of oxygen on light-induced redox transients of Р700 and chlorophyll fluorescence in Сз-leaves». -Abstracts of Vth Meeting of Russian Society for Photobiology and the International

Conference "Light Energy Conversion in PhotosynthesisPushchino. June 8-13. P.91 (2008).

9. Kuvykin 1. V., Ptushenko V. V., Ozerova L. V., Kiselev S.A., Samoylova O.P., Tikhonov A.N. «Effects of pre-jllumination on chlorophyll fluorescence of Tradescantia leaves». - Abstracts of Vth Meeting of Russian Society for Photobiology and the International Conference "Light Energy Conversion in Photosynthesis". Pushchino. June 8-13. P.92 (2008).

10.Кувыкин И.В., Вершубский A.B., Птушенко B.B., Тихонов A.H. «Альтернативные пути электронного транспорта и рН-зависимая регуляция в фотосинтетических системах оксигенного типа». - Тезисы XIX Путинских чтений по фотосинтезу и Всероссийской конференции "Фотохимия хлорофилла в модельных и природных системах". Пущино. 15-19 июня 2009 г. С. 35.

Подписано к печати Тираж {1)й Заказ {£3

Отпечатано в отделе оперативной печати физического факультета МГУ

Содержание диссертации, кандидата физико-математических наук, Кувыкин, Илья Вячеславович

Список сокращений.

Введение.

1. Обзор литературы.

1.1 Общие представления о фотосинтезе.

1.2 Фотосинтетические объекты: состав, строение

1.2.1 Хлоротасты.

1.2.2 Цианобактерии.

1.3 Преобразование энергии в фотосинтетических реакционных центрах, строение цепи переноса электронов.

1.3.1 Поглощение света и преобразование энергии

1.3.2 Перенос электронов по цепи электронного транспорта и связанный с ним перенос протонов в хлоропластах.

1.3.3 Альтернативные пути электронного транспорта в хлоропластах высших растений.

1.3.4 Стехиометрия переноса электронов, протонов и синтеза АТР.

1.3.5 Перенос электронов по цепи электронного транспорта в клетках цианобактерии.

1.3.6 Характерные времена переноса электрона внутри и между белковыми комплексами в фотосинтетической цепи электронного транспорта хлоропластов.

1.4 Регуляция световых и темновых стадий фотосинтеза.

1.4.1 Явление фотосинтетического контроля.

1.4.2 Диссипация энергии в ФС2.

1.4.3 Фосфорилирование белков как способ регуляции фотосинтетических процессов.

1.4.4 Редокс-регуляг/ия фотосинтетических ферментов.

1.4:5 «Хпородыхание».

1.5 Псевдоциклический транспорт и влияние газового состава атмосферы на кинетику фотосинтетического электронного транспорта.

1.5.1 История открытия и общие сведения.

1.5.2 Фотовосстановление кислорода в тилакоидах.

1.5.3 Фотовосстановление кислорода в хлоропластах.

1.5.4 Участие пластохинонового пула в переносе электронов на кислород и возможном восстановлении супероксида.

1.5.5 Диспропорционирование супероксида и восстановление пероксида до воды.

1.5.6 Цикл «Вода-Вода». Его физиологические функции.

1.5.7 Влияние анаэробных условий на пластохиноновый пул и кинетику быстрой индукции флуоресценции.

1.5.8 Влияние анаэробных условий на окисление Р700.

1.5.9 Влияние концентрации СО2 на скорость электронного транспорта

1.5.10 Влияние анаэробных условий на кинетику редокс-превращений Р700 в цианобактериях.

1.6 Флуоресцентные параметры, использующиеся для характеристики фотосинтеза.

1.6.1 Параметры, полученные измерением быстрой индукции флуоресценции.

1.6.2 Параметры, полученные методом РАМ-флуориметрии.

1.7 Математические модели, используемые для описания процессов переноса электронов и протонов в хлоропластах.

1.7.1 Математическая модель тшакоида как распределённой гетерогенной системы электронного и протонного транспорта.

1.7.2 Математическое моделирование электронного и протонного транспорта, сопряжённого с синтезом АТР в хлоропластах.

1.7.3 Математическое моделирование Сз фотосинтеза.

1.7.4 Математическое моделирование колебаний замедленной люминесценции.

2. Материалы и методы.

2.1 Материалы.662.1.1 Объекты исследования.

2:1.2 Реактивы.

2.2 Варьирование газового состава.

2.3 Метод электронного парамагнитного резонанса.

23.1 Исследование кинетики редокс-превращений реакциопного-центра• фотосистемы 1.

2.3.2 Использование спиновых меток для измерения концентрации кислорода методом ЭПР.

2.4 Измерения флуоресценции хлорофилла в листьях.

2.4.1 Быстрая индукция флуоресценции.

2.4.2 Измерение медленной индукции флуоресценции.

2.5 Математическое моделирование электронного и протонного транспорта в хлоропластах.

2.5.1 Описание основной модели электронного и протонного транспорта в хлоропластах и цианобактериях.

2.5.2 Описание расширенной модели электронного и протонного транспорта в хлоропластах и цианобактериях).

2.5.3 Выбор параметров модели,.

2.5.4 Начальные условия для переменных в модели.

3. Экспериментальные результаты.

3.1 Влияние предыстории освещения на электронный транспорт в хлоропластах.

3.1.1 Влияние предыстории освещения на кинетику фотоиндуцированных изменений величины сигнала ЭПР от P7q0.

3.1.2 Влияние времени адаптации к темноте на кинетику фотоиндуг^ированных изменений величины сигнала ЭПР от Руоо+.

3.1.3 Влияние условий освещения на фотохимическое и нефотохимическое тушение флуоресценции.

3.1.4 Влияние предыстории освещения на быструю и медленную индукцию флуоресценции.

3.1.5 Влияние интенсивности действующего света на параметры, полученные РАМ-флуориметрией.

3.2 Влияние кислорода на электронный транспорт в хлоропластах in vivo.

3.2.1 Влияние кислорода на кинетику окисления Р700.

3.2.2 Влияние кислорода на быструю индукцию флуоресценции.

3.2.3 Влияние О2 и СО2 на фотохимическое и нефотохимическое тушение флуоресценции хлорофилла.

4. Математическое моделирование электронного и протонного транспорта в хлоропластах высших растений.

4.1 Влияние кислорода на электронный транспорт в хлоропластах.

4.1.1 Влияние кислорода на кинетику редокс-превращений электронных переносчиков в ЦЭТ.104"

4.1.2 Влияние концентрации кислорода наредокс-состояние Р700.

4.1.3 Влияние кислорода и углекислого газа на скорость электронного транспорта в ФС2.

4.1.4 Фотоиндуцированные изменения концентрации кислорода и кинетика фотоокисления Р700.

4.2 Моделирование влияния активации ферментов ЦК и нефотохимической диссипации энергии в ФС2 на кинетику световых стадий фотосинтеза

4.2.1 Влияние активации ферментов цикла Калъвгта и нефотохимической диссипации энергии в ФС2 на кинетику электронного транспорта.

4.2.2 Влияние активации ферментов цикла Кальвина и нефотохимической диссипации энергии в ФС2 на скорость электронного транспорта

4.2.3 Влияние нефотохимической duccunaifuu энергии в ФС2 на стационарное значение рНлюмена.

4.3 Моделирование влияния циклического транспорта на перенос электронов

4.4 Моделирование влияния интенсивности света на электронный транспорт.

Введение Диссертация по биологии, на тему "Альтернативные пути электронного транспорта в хлоропластах высших растений"

Фотосинтез играет исключительно важную роль в круговороте веществ и энергии в биосфере. Изучение механизмов регуляции электронного и протонного транспорта и альтернативных путей переноса электронов в клетках фотосинтезирующих бактерий, водорослей и в хлоропластах высших растений - актуальная задача биофизики фотосинтеза. Известно, что в фотосинтетических системах оксигенного типа кроме основной цепи переноса электронов от воды к NADP+ (нециклический электронный; транспорт) могут функционировать цепи циклического переноса электронов: вокруг фотосистемы ! (ФС1). В том случае, когда конечным акцептором электрона в ФС1 является; не NADP+, а молекулярный кислород (который в конечном итоге восстанавливается до воды), работает цепь псевдоциклического транспорта электронов (цикл «вода-вода»: Н20 —> ФС2 —> ФС1 —> 02 —> Н20). Существование разных путей электронного транспорта обеспечивает условия для оптимальной' работы, фотосинтетического аппарата. Перенос электронов по циклической и псевдоциклической цепям электронного транспорта, который не приводит к восстановлению; NADP+, сопряжешсгенерацией трансмембраннойразности электрохимических потенциалов ионов!' водорода, необходимой для работы АТР-синтазных комплексов. Благодаря? этому обеспечивается стехиометрическое отношение ATP/NADPH = 3:2- необходимое для; оптимального функционирования* цикла; Кальвина. Таким- образом;, альтернативные пути/ переноса- электронов могут оказывать, существенное: влияние на кинетику световых и темновых.стадий фотосинтеза в фотосинтетических системах оксигенного типа;

Литературные данные.о функциональной роли альтернативных путей электронного транспорта противоречивы. 'В- частности, остается дискуссионным вопрос о физиологической.роли Есислорода качестве альтернативного акцептора электронов в ФС1 (реакция Мелера) у С3-растений1 in vivo. Имеются, данные о том, что псевдоциклический транспорт : электронов; невелик (~ 10 %) по сравнению с общим потоком, электронов; поступающих ог ФС2 к ФС1. Поэтому многие авторы считают, что реакция Мелера не играет принципиальной^ роли в работе: фотосинтетического аппарата растений; Существует, однако, другой: взгляд на участие: кислорода- в жизни: растений:. Так, например, имеются экспериментальные.указания на то, что псевдоциклический, фанспорг электронов (цикл «вода-вода») может играть роль «стартера», запускающего, энергозависимые, стадии фотосинтеза-.на- начальных стадиях освещения: хлороиластов. Предполагается, что отток электронов от ФС1 на кислород позволяет избежать накопления избыточного числа восстановленных переносчиков на акцепторной стороне 7

ФС1. Согласно различным оценкам, даже сравнительно небольшое ответвление потока электронов в цепь циклического переноса электронов и на кислород, составляющее ~ 1015 % от нециклического потока к NADP+, может обеспечить требуемую стехиометрию ATP/NADPH.

Целью настоящей работы было оценить соотношение фотосинтетических потоков электронов, протекающих через ФС1 в хлоропластах Сз-растений in situ, проанализировать вклад переноса электронов на кислород от акцепторного участка ФС1. Исследовать их зависимость от внешних условий. Математическое моделирование электронного и протонного транспорта в хлоропластах высших растений может играть важную роль в анализе механизмов регуляции световых и темновых стадий фотосинтеза.

В первой части диссертационной работы было исследовано влияние предыстории освещения и газового состава атмосферы листа (Ог, С02) на кинетики редокс-превращений Р7+00 и фотоиндуцированных изменений параметров, полученных РАМфлуориметрией (qp, NPQ). Во второй части диссертационной работы рассмотрены результаты численного моделирования электронного и протонного транспорта в хлоропластах высших растений. Смоделировано влияние кислорода п углекислого газа на электронный и протонный транспорт. Исследован вклад различных факторов в появление многофазной кинетики фотоиндуцированных редокс-превращений Р7+00 в хлоропластах.

Заключение Диссертация по теме "Биофизика", Кувыкин, Илья Вячеславович

Выводы:

1. Разработана математическая модель электронного и протонного транспорта в хлоропластах, учитывающая различные пути циклического транспорта электронов вокруг ФС1, перенос электронов от ФС1 на кислород, активацию ферментов цикла Кальвина и рН-зависимую диссипацию энергии в ФС2.

2. Анализ экспериментальных данных в рамках разработанной модели позволил выделить вклад различных факторов в появление многофазной кинетики фотоиндуцированных редокс-превращений Р7+00 в хлоропластах: а) редокс-состояние электронных переносчиков, предшествующее началу освещения; б) переход хлоропластов из метаболического состояния 3 в состояние 4; в) рН-зависимая активация ферментов цикла Кальвина; г) рН-зависимая диссипация энергии в ФС2.

3 Методами ЭПР-спектроскопии и РАМ-флуориметрии показано, что наличие кислорода в атмосфере позволяет поддерживать электронный транспорт на относительно высоком уровне при невысоких концентрациях С02 (<350 ррт).

4. Количественный анализ экспериментальных данных, выполненный в рамках разработанной нами математической модели, показал, что а) в листьях китайской розы стационарный поток электронов на кислород достигает = 40 % от общего потока электронов, протекающих через ФС1. б) уменьшение стационарной концентрации [Р^о] в анаэробных условиях может быть связано с «перевосстановлением» акцепторного участка ФС1 и ослаблением эффекта фотосинтетического контроля.

5. Численное моделирование электронного и протонного транспорта в хлоропластах показало, что при активации ферментов цикла Кальвина может происходить перераспределение потоков электронов на акцепторном участке ФС1- на первых этапах освещения, когда активность ферментов цикла Кальвина мала, усиливается поток электронов на кислород, в дальнейшем отток электронов на кислород уменьшается и возрастает поток электронов в цикл Кальвина.

Заключение

В диссертационной работе разработана математическая модель электронного и протонного транспорта в хлоропластах высших растений, которая является развитием созданных ранее моделей фотосинтеза, посвященных рН-зависимой регуляции фотосинтеза [Вершубский et al., 2004; Вершубский et al., 2007; Фролов и Тихонов, 2007]. В этой модели вместе с нециклическим (линейным) транспортом электронов от ФС2 к конечному акцептору ФС1, учитываются процессы альтернативного переноса электронов (циклический транспорт электронов вокруг ФС1, псевдоциклический транспорт электронов), синтеза АТР, сопряженного с трансмембранным переносом протонов через АТР-синтазу, потребление АТР и NADPH в цикле Кальвина. Были учтены (в рамках феноменологического подхода) процессы рН-зависимой диссипации энергии в ФС2 и активации ферментов цикла Кальвина.

В первой части диссертационной работы было экспериментально исследовано влияние предыстории освещения и газового состава атмосферы листа (02, С02) на кинетики редокс-превращений Р7+00 и фотоиндуцированных изменений параметров, полученных РАМ-флуориметрией (qP, NPQ). Было показано, что наличие кислорода в атмосфере позволяет поддерживать электронный транспорт на относительно высоком уровне при низких концентрациях С02 (< 350 ррш).

Какой могла бы быть физиологическая роль кислорода в качестве альтернативного акцептора электрона в ФС1? Известно, что приблизительно 2.5 миллиарда лет назад, когда на Земле появились цианобактерии, концентрация С02 в атмосфере Земли была существенно выше ([С02] > 1000 ррм), чем в более поздние геологические эпохи (< 560580 млн. лет назад), когда возникли и заняли свою экологическую нишу высшие растения ([С02] ~ 180 - 380 ррм [Sage and Coleman, 2001]). В этот период содержание кислорода в атмосфере резко увеличилось [Bekker et al., 2004; Rouxel et al., 2005; Mortanez et al., 2007; Canfield et al., 2007], приближаясь к современному уровню [02] ~ 20-21 %. Можно предположить, что в условиях пониженной концентрации С02 в атмосфере ([С02] - 180 -380 ррм) кислород мог служить альтернативным акцептором электрона, способствующим поддержанию фотосинтетического транспорта электронов на достаточно высоком уровне.

Во второй части диссертационной работы рассмотрены результаты численного моделирования электронного и протонного транспорта в хлоропластах высших растений. Сравнение результатов численных экспериментов, выполненных для различных метаболических состояний хлоропластов, с экспериментальными данными для листьев китайской розы и экспериментальными данными, известными из литературы, показывает, что модель адекватно описывает основные закономерности сложной немонотонной кинетики фотоиндуцированных окислительно-восстановительных изменений первичного донора электронов ФС1 (Р700), а также фотоиндуцированные изменения рН0 и рН;. В работе было смоделировано влияние кислорода и углекислого газа на электронный и протонный транспорт. Исследован вклад различных факторов в появление многофазной кинетики фотоиндуцированных редокс-превращений Р7+00 в хлоропластах. Было показано, что на появление многофазной кинетики фотоиндуцированных превращений могут влиять следующие факторы: редокс-со стояние электронных переносчиков, предшествующее началу освещения, переход хлоропластов из метаболического состояния 3 в состояние 4, рН-зависимая активация ферментов цикла Кальвина, рН-зависимая диссипация энергии в ФС2. С помощью этой математической модели было получено, что в листьях китайской розы стационарный поток электронов на кислород достигает ~ 40 % от общего потока электронов, протекающих через ФС1 и уменьшение стационарной концентрации [Р7+00] в анаэробных условиях может быть связано с «перевосстановлением» акцепторного участка ФС1 и ослаблением эффекта фотосинтетического контроля. Исследовано влияние рН-зависимой активации реакций цикла Кальвина и показано, что при активации ферментов цикла Кальвина может происходить перераспределение потоков t« электронов на акцепторном участке ФС1: на первых этапах освещения, когда активность ферментов цикла Кальвина мала, усиливается поток электронов на кислород, в дальнейшем отток электронов на кислород уменьшается и возрастает поток электронов в цикл Кальвина.

Таким образом, результаты проведенного исследования показывают, что участие кислорода в качестве альтернативного акцептора электрона может- способствовать оптимизации процессов фотосинтеза при изменении газового состава атмосферы.

Библиография Диссертация по биологии, кандидата физико-математических наук, Кувыкин, Илья Вячеславович, Москва

1. Alen J. F. (2003) State transitions a question of balance. // Science, v.299 , pp. 1530-1532.

2. Allen J., Forsberg J. (2001) Molecular recognition in thylakoid structure and function. // TRENDS in Plant Science, v.6, No.7, pp.317-326

3. Allen, J. (1975) Nature, v.256, pp.599-600.

4. Alum, M., andRodermel, S.R. (2004) Physiol. Plant., v. 120, pp.4—11.

5. Asada K, Badger MR. (1984) Photoreduction of 1802 and H2 1802 with concomitant evolution of 1602 in intact spinach chloroplasts: evidence for scavenging of hydrogen peroxide by peroxidase. // Plant Cell Physiol., v.25, pp.1169-79

6. Asada K. (1999) The water-water cycle in chloroplasts: scavenging of active oxygens and dissipation of excess photons. // Annu. Rev. Plant Physiol. Plant Mol. Biol., v.50, pp.601-639:

7. Asada, K., Kiso, K„ and Yoshikawa, K. (1974) J. Biol. Chem., v.249, pp.2175-2181.

8. Avenson, T.J., Cruz, J. A., and Kramer, D.M. (2004) Proc. Natl. Acad. Sci. USA, v. 101, pp.5530-5535

9. Backhausen J.E., Kitzmann C., Horton P., Scheibe R. (2000) Electron acceptors in isolated intact spinach chloroplasts acthierarchically to prevent over-reduction and competition for electrons. // Photosynth. Res., v.64. pp.1.

10. Badger, M.R., von Caemmerer, S., Ruuska, S., andNakano, H. Philos. Trans. R. Soc. Lond. B, 355 (2000), 1433-1446.

11. Baker N. (2008) Chlorophyll Fluorescence: A Probe of Photosynthesis In Vivo. //Annu. Rev. Plant Biol., v.59, pp.89-113

12. Baker NR, Oxborough K, Lawson T, Morison JIL. (2001) High resolution imaging of " ' , -photosynthetic activities of tissues, cells and chloroplasts in leaves. // J. Exp. Bot., v. 52,pp. 615-21 ' 7"

13. BaldD., NojiH., Yoshida M, Hirono-Hara Y., Hisabory T. (2001) Redox regulation of the . rotation of Fi-ATP synthase. // The Journal of Biological Chemistry, v.276, No.43, pp.39505-, 39507.

14. Bekker A., Holland H.D., Wang P.-L. et al. (2004) Dating the rise of atmospheric oxygen. // Nature, v.427, pp. 117-120

15. Bendall D.S., Manasse R.S. (1995) Cyclic photophosphorylation and electron transport. // Biochim. Biophys. Acta, v. 1229, pp.23-28.

16. Bennoun P. (1982) Evidence for a respiratory chain in the chloroplast. // Proc. Natl. Acad. Sci. , USA, v.79, pp.4352—56

17. BiehlerK, FockH. (1996) Evidence for the contribution of the Mehlerperoxidase reaction in dissipating excess electrons in drought-stressed wheat. // Plant Physiol., v. 112, pp.265-72

18. Bjorkman O., Demmig В. (1987) Photon yield of O2 evolution and chlorophyll fluorescence characteristics at 77 К among vascular plants of diverse origins. // Planta, v. 170, pp.489-504

19. Blumenfeld, L.A., and Tikhonov, A.N. (1994) Biophysical Thermodynamics of Intracellular' Processes. MolecularMachines of the Living Cell, SpingerYerlag, N.Y.

20. CanfieldD.E., Poulton S. W., Narbonne G.M. (2007) Late-Neoproterozoic Deep-Ocean Oxygenation and the Rise of Animal Life. // Science, v.315, pp.92-95 , , '

21. Canvin DT, Beny JA, Badger MR, Fock H, Osmond CB. (1980) Oxygen exchange in leaves in the light.//Plant Physiol, v.66, pp.302-7 ' '

22. Casano LM, Zapata JM, Martin M, Sabater B. (2000) Chlororespiration and poising of cyclic electron transport—plastoquinone as electron transporter between thylakoid NADH dehydrogenase and peroxidase. // J. Biol. Chem., v.275, pp.942-48

23. Chow, W.S., and Hope, A.B. (2002) // Photosynth. Res., v.81, pp.77-89. .

24. Cleland W. W. (1963) // Biochim. Biophys. Acta, v.61. p. 104-137

25. Cuello J, Qinles MJ, Albacete ME, Sabater В. (1995) Properties of a large.complex with NADH dehydrogenase activity from barley thylakoids. // Plant GellPhysiol., v.36, pp.265—71

26. De Vault D. (1980) //Quart. Rev. Biophys., v.13, p.387. f

27. Demming-Adams В., Adams W. (1996) The role of xanthophyll cycle carotenoids in the protection of photosynthesis.//Trends in plant science, vl, No 1, pp.21-26

28. Finazzi G. (2004) The central role of the green alga Chlamydomonas reinhardtii in revealing . die mechanism of state transitions. // J. Exp. Bot., v.56, pp.383-88 :

29. FrommeP., Jordan P., andKraubN. (2001) Biochim. Biophys. Acta, v.1507, pp.5-31. .

30. Furbank, R.T., and Badger, MR. (1983) Biochim. Biophys. Acta, v.723; pp.400-409:

31. Heber U, .French-CS. (1968) Effects of oxygen on the electron transport chain of . ! , ,; yX ' photosynthesis. // Planta, у .19, pp.99-112 ■••.•; ^'-л

32. Hosein В, Palmer G. (1983) The kinetics and mechanism of reaction of reduced ferredoxin by molecular oxygen and its reduced products. // Biochim. Biophys. Acta, v.723, pp.383-90

33. Ivanov, B.N., Mubarakshina, M.M., and Khorobtykh, S.A. (2007) FEBS Lett., v.581, pp. 13421346.

34. Joet, Т., Cournac, L„ Peltier, G„ Havaux, M. (2002) Plant Physiol., 128, 760-769

35. Johnson, G.N. (2005) J. Exp. Botany, v.56, pp.407-416

36. Joliot P., Joliot A. (2002) Cyclic electron transfer in plant leaf. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA, v.99. pp.10209-10214.

37. Joliot P., Joliot A. (2005) Quantification of cyclic and linear flows in plants. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA, v.102, pp.4913-4918.

38. JortnerJ. (1980) //Biochim. Biophys. Acta, v.594. pp.193.

39. Kanazawa, A., and Kramer, D.M. (2002) Proc. Natl. Acad. Sci. USA, v.99, pp. 12789-12794

40. KautskyH., HirschA., (1931) Naturwissenschaften, v.19, pp.964.

41. Khorobtykh S.A., and Ivanov B.N. (2002) Photosynth. Res., v.71, pp.209-219.

42. Khorobrykh, S.A., Mubarakshina, M.M., and Ivanov, B.N. (2004) Biochim. Biophys. Acta, v.1657, pp.164-167.

43. Kobayashi, Y., andHeber, U. (1994) Photosynth. Res., v.41, pp.419^128

44. Kramer D., Cruz J. Kanazawa A. (2003) Balancing the central roles of the thylakoid proton gradient. // TRENDS in Plant Science, v.8, No.l, pp.27-32.

45. Kramer D„ Sacksteder C„ Cruz J. (1999) How acidic is the lumen? // Photosynthesis Research, v.60, pp.151-163,.

46. Kramer DM, Johnson G, Kiirats O, Edwards GE. (2004) New fluorescence parameters for determination of QA redox state and excitation energy fluxes. // Photosynth. Res., v.79, pp.209-18

47. Kurepa J, H'erouart D, Van Montagu M, Inz 'e D. (1997) Differential expression of CuZn- and Fe-superoxide dismutase genes of tobacco during development, oxidative stress and hormonal treatments. // Plant Cell Physiol., v.38, pp.463-70

48. LaiskA, Walker D.A. (1986) //Proc. Royal Society, v.227, p.281.

49. LaiskA, WalkerD.A. (1989) //Proc.Royal Society, v.237, p.417.

50. LaiskA., Eichelmann H., Oja V. (2006) C3 photosynthesis in silico. // Photosynth Res 90, pp.45-66

51. Lawson Т., Oxborough K„ Morison J., Baker N. (2002) Responses of Photosynthetic Electron Transport in Stomatal Guard Cells and Mesophyll Cells in Intact Leaves to Light, C02, and Humidity. // Plant Physiology, V. 128, pp.52-62.

52. LazarD. (1999) Chlorophyll a fluorescence induction. // Biochimica et Biophysica Acta, v.1412, pp.1-28

53. Machler F., Nosberger J.J. (1980) //J. Exp. Bot., v.31, p.1485

54. Makino, A., Miyake, C„ and Yokota, A. (2002) Plant Cell. Physiol., v.43, pp.1017-1026.

55. Maxwell K., Johnson G. (2000) Chlorophyll fluorescence—a practical guide. // Journal of Experimental Botany, v.51, No.345, pp.659-668

56. Medina M., Gomes-Moreno C. (2004) Interaction of ferredoxin-NADP+reductase with its substrates: optimal interaction for efficient electron transfer. // Photosynthesis Research, v.79, pp.113-131

57. MehlerAH, Brown АН. (1952) Studies on reactivities of illuminated chloroplasts. III. Simultaneous photoproduction of and consumption of oxygen studied with oxygen isotopes. // Arch. Biochem. Biophys., v.38, pp.365-70

58. MehlerAH. (1951) Studies on reactivities of illuminated chloroplasts. I. Mechanism of the reduction of oxygen and other Hill reagents. // Arch. Biochem. Biophys., v.33, pp.65-77

59. Mitchell P. (1961) Coupling of Phosphorylation to electron and hydrogen transfer by chemi-osmotic type of mechanism. // Nature, v.191, p.144-148

60. Miyake C, Asada K. (1992) Thylakoidbound ascorbate peroxidase in spinach chloroplasts and photoreduction of its primary product monodehydroascorbate radicals in thylakoids. // Plant Cell Physiol., v.33, pp.541-53

61. Miyake C, Asada K. (1994) Ferredoxindependent photoreduction of monodehydroascorbate radical in spinach thylakoids. // Plant Cell Physiol., v.34, pp.539-49

62. Miyake C, Cao WH, Asada K. (1993). Purification and molecular properties of thylakoid-bound ascorbate peroxidase from spinach chloroplasts. // Plant Cell Physiol., v.34, pp.881-89

63. Miyake, C., and Yokota, A. (2000) // Plant Cell. Physiol., v.41, pp.335-343.

64. Miyake, C., Schreiber, U., Hormann, H., Sano, S„ and Asada, K. (1998) Plant Cell Physiol., v.39, pp.821-829.

65. Montanez I.P., Tabor N. J., Niemeier D., DiMichele W.A et al. (2007) C02-Forced Climate and Vegetation Instability During Late Paleozoic Deglaciation. // Science, v.315, pp.87-91

66. Mubarashkina M, Khorobrykh S., IvanovB. (2006) Oxygen reduction in chloroplast thylakoids results in production of hydrogen peroxide inside the membrane. // BBA, v. 1757, pp. 14961503.

67. Mueller, P., Li, X.P., andNiyogi, K.K. (2001) Plant Physiol., v.125, pp.1558-1566

68. MundayJC, Govindjee (1969) Light-induced changes in the fluorescence yield of chlorophyll a in vivo; Ш. The dip and the peak in the fluorescence transient of Chlorella pyrenoidosa. // Biophys J., v.9, pp.1—21

69. Munekage Y., Hashimoto M., Miyake C., Tomizawa K.-I., Endo Т., Tasaka M., Shikanai T. (2004) Cyclic electron flow around photosystem I is essential for photosynthesis. // Nature, v.429, pp.579-582.

70. Munekage Y., Hojo L., MeurerJ., Endo Т., Tasaka M., Shikanai T. (2002) PGR5 is involved in cyclic electron flow around photosystem I and is essential for photoprotection in arabidopsis. //Cell, v.110, p.361-371.

71. Nakano Y, Asada K. (1980) Spinach chloroplasts scavenge hydrogen peroxide on illumination. // Plant Cell Physiol., v.21, pp. 1295-307

72. Nandha, В., Finazzi, G., Joliot, P., Hald, S., and Johnson, G.N. (2007) Biochim. Biophys. Acta, v.1767, pp.1252-1259

73. Nelson D.L., CoxM.M. (2005), Lehninger Principles of Biochemistry. Fourth Edition, Worth publishers, N.Y.

74. Niyogi, К (1999) Ann. Rev. Plant Physiol. Plant Mol. Biol., v.50, pp.333-359

75. Niyogi, K.K., Li, X.P., Rosenberg, V., and Jung, H.S. (2004) J. Exp. Bot., v.56, pp.375-382

76. OgawaK, Endo T, Kanematsu S, Tanaka R, Ishiguro S, et al. (1997) Tobacco chloroplastic CuZn-superoxide dismutase cannot function without its localization at the site of superoxide, generation (PSI). // Plant Cell Physiol, v.38, S35. '

77. Ohyama K, Fukuzawa H.Kohchi T, Shirai H, Sano T, et al. (1986) Chloroplast gene organization deduced from complete sequence of liverwort Marchantia polymorpha chloroplast DNA. // Nature, v.322, pp.572-74

78. Ohyama К, Kohchi T, Sano T, Yamada Y. (1988) Newly identified groups of genes in chloroplasts. // Trends Biochem. Sci., v. 13, pp. 19-22

79. Osmond CB, Grace SC. (1995) Perspectives on photomhibition and photorespiration in the field: quintessential inefficiencies of the light and dark reactions of photosynthesis? // J. Exp. Bot., v.46, pp. 1351-62

80. Oxborough K, Baker NR. (1997) Resolving chlorophyll a fluorescence images ofphotosynthetic efficiency into photochemical and nonphotochemical components—calculation of qP and Fv/Fm without measuring Fo. // Photosynth. Res., v.54, pp. 135^12

81. Peltier G, Thibault P. (1988) Oxygen exchange studies in Chlamydomonas mutants deficient in photosynthetic electron transport: evidence for a photosystemll-dependent oxygen uptake in vivo. // Biochim Biophys. Acta, v.936, pp 319-24

82. Peltier, G., and Com пас, L„ (2002) Annu Rev. Plant Biol., v.53, pp.523-550.

83. PeschekG.A. (1987) Respiratory electron transport.//The Cyanobacteria Elsevier. Amsterdam, p. 119.

84. Quick WP, Stitt M. (1989) An examination of factois contributing to nonphotochemical quenching of chlorophyll fluorescence in barley leaves. // Biochim. Biophys. Acta, v.977, pp.287-96

85. Rabinovitch EI, Photosynthesis and related processes, v.I, Chemistry of photosynthesis, chemosynthesis and related processes in vitro and in vivo, Interscience Publ Inc., N.Y., 1945

86. Radmer RJ, Ollinger O. (1980) Light driven uptake of oxygen, carbon dioxide and bicarbonate by the green alga Scenedesmus. // Plant Physiol., v.65, pp.723-29

87. Robinson, J.M. (1988) Physiol. Plant., v.72, pp.666-680.

88. Roitxel O.J, BekkerA., Edwards K.J (2005) Iron Isotope Constraints on the Archean and Paleoproterozoic Ocean Redox State. Science, v.307, pp. 1088-1091

89. Rumberg, В., and Siggel, U. (1969) Naturwissenschaften, v.56, pp.130-132

90. Ruuska, S.A., Badger, MR, Andrews, T.J., and von Caemmerer, S. (2000) J. Exp. Botany., v.51, pp.357-368.

91. Sacksteder CA, Kanazawa A, Jacoby ME, Kramer DM(2000) The proton to election stoichiometry of steady-state photosynthesis in living plants: a proton-pumping Q cycle is continuously engaged. // PNAS, v.91, pp. 14283-14288

92. Sage, F.R., Cen, Y.-P, and Li, M. (2002) Photosynth. Res., v.71, pp.241-250.

93. Sage, F.R., Coleman J.R. (2001) TRENDS in Plant Science, v.6. No.l, pp.18-24 .

94. Savitsky.A., Trubitsin, B.V., Mobius, K, Semenov, A.Yu., and Tikhonov, A.N. (2007) Appl. Magn. Reson., v.31, pp.221-236.

95. Schansker G, Toth SZ, Strasser RJ (2005) Methylviologen and dibromothymoquinone treatments of pea leaves reveal the role of photosystem I in the Chl-a fluorescence rise OJIP. // Biochim Biophys Acta, v. 1706, pp.250-261

96. Schmetterer G. (1994) Cyanobacterial respiration // The Molecular Biology of Cyanobacteria. Kluwer. Dordrecht, p.409

97. Schreiber U, Neubauer C, Klughammer С (1989) Devices and methods for room-temperature fluorescence analysis. Phil Trans R Soc Lond B, v.323, pp.241-251 1

98. Schreiber U., Schliwa U., Bilger W. (1986) Continuous recording of photochemical and non-photochemical chlorophyll fluorescence quenching with a new type of modulation fluorometer. // Photosynthesis Research, v. 10, pp.51-62

99. Seelert H, Poetsch A, Dencher NA, Engel A, Stahlberg H, Mailer DJ (2000) Proton powered turbine of a plant motor. // Nature, v.405, pp.418-419

100. Senior A.E., Nadanaciva S., Weber J. (2002) The molecular mechanism of ATP synthesis by F1F0-ATP synthase. I I Biochimica et Biophysica Acta, v. 1553, pp. 188-211

101. Sherman D. M„ Troyan T. A., Sherman L. A. (1994) Localization of Membrane Proteins in the Cyanobacterium Synechococcus sp.PCC7942.1I Plant Physiol., v. 106, pp.251-262.

102. Siebke K, Yin Z.-H., Raghavendra AS., Heber U. (1992) // Planta, v. 186, p.526-531.

103. Stiehl, H.H., Witt, H.T. (1969) Z. Naturforsch. Teil B, v.24, pp.1588-1598

104. Sugiura M. (1992) The chloroplast genome. // Plant Mol. Biol., v. 19, pp. 149-68

105. Tagawa, K., Tsujimoto, H.Y., andArnon, D. (1963) Nature v.199, pp.1247-1252

106. Takizawa, K, Cruz, J.A., Kanazawa, A., Kramer, D.M. (2007) Biochim. Biophys. Acta, v. 1767, pp. 1233-1244

107. Tikhonov A.N., Khomutov G.B., Ruuge E.K., BlumenfeldL.A. (1981) Effects of photosynthetic control monitored by the intrathylakoid pH. // Biochimica et Biophysica Acta, v.637, pp.321-333

108. Toth S., Schansker G., Strasser R. (2007) A non-invasive assay of the plastoquinone pool redox state based on the OJIP-transient // Photosynth Res, v.93, pp.l93-203

109. Trubitsin В. V., Mamedov M. D„ Vitukhovslcaya L. A., SemenovA. Yu., Tikhonov A. N. (2003) EPR study of light-induced regulation of photosynthetic electron transport in Synechocystic sp. Strain PCC 6803. // FEBS Letters, v.544, pp. 15-20

110. Trubitsin, B.V., Ptushenko, V.V., Koksharova, O.A., Mamedov,M.D., Vitukhnovskaya, L.A., Grigor'ev, I. A., Semenov, A.Yu., and Tikhonov, A.N. (2005) Biochim. Biophys. Acta, v.1708, pp.238-249.

111. ViilJ., Ivanova H„ Parnik T. (1999) Estimation of rate constants of the partial reactions of carboxylation of ribulose-l,5-bisphosphate in vivo. // Photosynthesis Research, v.60, pp.247256

112. Walker DA., Sivak M.N., Prinsley R. Т., Cheesbrough J.К (1983) //Plant Physiol., v.13, pp.543.

113. Walters RG, Horton P. (1991) Resolution of components of nonphotochemical chlorophyll fluorescence quenching in barley leaves. // Photosynth. Res., v.27, pp.121-33

114. Witt H. T. (1979) Energy conversion in the functional membrane of photosynthesis. Analysis by light pulse and electric pulse methods. // BBA, v.505, pp.355-427.

115. Wu DY, Wright DA, Wetzel C, Voytas DF, Rodermel S. (1999) The immutans variegation' locus of Arabidopsis defines a mitochondrial alternative oxidase homolog that functions during early chloroplast biogenesis. // Plant Cell, v. 11, pp.43-55

116. Албертс Б., Брей Д., Льюис Дж., Рэфф М., Роберте К., УотсонДж. Молекулярная биология клетки. Перевод под редакцией Георгиева Г. П. Москва, «МИР», 1994, т.1, 517с.

117. Вершубсккй А В., Приклонский В.К, Тихонов А.Н. (2001) Электронный и протонный транспорт в хлоропластах с учётом латеральной гетерогенности тилакоидов. Математическая модель. // Биофизика, т.46, №3. с.471-481.

118. Вершубский А.В., Приклонский В.И., Тихонов А.Н. (2004а) Математическое моделирование электронного и протонного транспорта, сопряжённого с синтезом АТФ в хлоропластах. // Биофизика, т.49, №1, с.57-71.

119. Вершубский А.В., Приклонский В.И., Тихонов А.Н. (2006) Кинетическая модель электронного и протонного транспорта в хлоропластах с неоднородным распределением белковых комплексов в мембранах тилакоидов. // Журн. Физической химии, т.80, №3, с.1.

120. Вершубский А.В., Приклонский В.И., Тихонов А.Н. (2007) // Российский хим. журн., т.51, №1, с.59.

121. Вершубский А.В., Приклонский В.К, Тихонов А.Н. (2007а) Химическая физика, т.26, с.54-64.

122. Гусев М.В., Минаева JJ.A. Микробиология. М: Издательство МГУ, 1992

123. Дубинский А.Ю., Тихонов А.Н. (1994) Биофизика, т.39, с.652-665.144: Дубинский А.Ю., Тихонов А.Н. (1995) Биофизика, т.40, с.365-371.

124. Дубинский А.Ю., Тихонов А.Н. (1997) // Биофизика, т.42, №3, с.644-660 '

125. Закиръянов Ф.К, Караваев В.А., Кукушкин АК (1982) // Биофизика, т.37, с.219:

126. Иванов Б.Н. (2008) Биохимия, т.73, с.137-144. 1 .

127. Караваев В.А. (1988) //Физиол. растений, т.35, с.234.

128. Караваев В.А., Кукушкин А.К. (1975) Adaptation to darkness and far red light of leaves of higher plants in conditions of oxygen deficiency. // Биофизика, т.20(1), c.88-92.

129. Караваев B.A., Кукушкин А.К. (1979) Theoretical study of kinetics. Redox transformations in an electron transport chain.//Биофизика, т.24(1), c.92-5 ' ' ■

130. Карапетян H.B. (2007) Биохимия, т.72, c.1385—1395 ' *

131. Карелина Т.А., Белов A.A., Кукушкин А.К. (2005) Математическое моделирвание колебаний замедленной люменесценции и анализ скоростей реакций, рассчитанных с ) помощью модели. // Биофизика, т.50, вып.6, с.1105-1111

132. Козулева М.А., Найдов И.А., Мубаракшина М.М., Иванов Б.Н. (2007) Биофизика, т.52, с.650-655. 4

133. Кукушкин А.К, Тихонов А Н. Лекции по биофизике фотосинтеза высших растений. М.': Изд-во МГУ, 1988:

134. Кукушкин А.К, ТгаоновАН., Блюменфелъд Л. А. ,Рууге Э.К. (1973) //ДАН СССР, т."211,' с.718.

135. Кукушкин А.К., Тихонов А.Н., Блюменфелъд JI.A., Рууге Э.К. (1975) //Физиол. растений, т.22, с.241. 1 " •

136. Рубан А.Б., Шинкарев В.П. Транспорт электронов в биологических системах. М.: Наука, 1984. ' .

137. Сазанов Л.А., Караваев В.А, Кукушкин А.К. (1988) //Ж. Физ. Химии, т.11, с.3351. ' '

138. Сорокин Е.М. (1978) Photosynthetics, v.12, р.250.

139. Тихонов А. Н. (1996) Трансформация энергии в хлоропластах энергопреобразующих органеллах растительной клетки // Соросовский Образовательный Журнал, №4, с.24-32.

140. Тихонов А. Н. (1997) Молекулярные преобразователи энергии в живой клетке. // Соросовский Образовательный Журнал, №7, с. 10-17.

141. Тихонов А. Н. (1999) Регуляция световых и темновых стадий фотосинтеза. // Соросовский Образовательный Журнал, №11, С.8-15.

142. Тихонов А.Н., Рууге Э.К., Субчински В.К., Блюменфелъд JI.A. (1975) // Физиология растений, т.22. с.5-15.

143. Фролов А.Е., Тихонов А.Н. (2007) Влияние фотоиндуцированных изменений рН стромы и внутритилакоидного пространства на кинетику электронного транспорта в хлоропластах. Математическая модель // Биофизика, т.52, №4, с.656-665.

144. Холл Д., Рао К. Фотосинтез. Перевод под редакцией Литвинина. Москва «МИР», 1983, 132с.

145. Эдварде Дж., УокерД. Фотосинтез СЗ- и С4-растений: механизмы и регуляция. М. «Мир», 1986