Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

ИЗУЧЕНИЕ СПЕКТРАЛЬНЫХ И ФОТОХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ БАКТЕРИОХЛОРОФИЛЛА В ФОТОСИНТЕЗИРУЩИХ БАКТЕРИЙ RHODOPSEUDOMOKAS VIRIDIS

ВАК РФ 03.00.04, Биохимия

Автореферат диссертации по теме "ИЗУЧЕНИЕ СПЕКТРАЛЬНЫХ И ФОТОХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ БАКТЕРИОХЛОРОФИЛЛА В ФОТОСИНТЕЗИРУЩИХ БАКТЕРИЙ RHODOPSEUDOMOKAS VIRIDIS"

/ АКАДШ'Л ПАУК СССР

ордеж хввт институт ндошии им. а.н.еаха

■ На правах рукописи .

J -2.-?%Sf

I ПУШКИНА "'

^ • 1 - *

ИЗУЧЕНИЕ

СПЕКТРАЛЬНЫХ И ФОТОХИШПНСКИХ СВОЙСТВ ЕАКГЕРИОХЛОЮФ1ШЛА В бОТОСИНТВЗИРУПШ БАКТЕРИЙ. HHODOPSEUDOMOKAS VIRIDIS'

03.00.04 - биологическая эзшкя

■ I Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук >

Москва - 1978

Работа выполнена в лаборатории фотобиохимия Ордена Ленина Института биохимии имени А.Н.Еаха АН СССР

. ■ Научные руководители:

'■„ : академик А.А.Красковыссй

■. ■'. кандидат биологических наук, старший научный сотрудник.

.1 , ' , > ■ Н.Н.Дроздова

Официальные оппоненты: - v ■: / ' "

доктор биологических наук, профессор Е.И.Кондратьева . кандидат биологических

наук, старший научный сотрудник . . ■„ ■■, Е.Е.Ерохин

Ведущее предприятие: Институт фотобиологии АН,БССР, ' г.. Минск

- ; - _ / * ' '

■ " 'Защита диссертации состоится 1978 г.1 "

- ' в " ч -..-¿заседании Специализированного совета , (К 002 " . rfío присуждению ученой степени кандидата наук ::. ■ v. ii" Г/итуте1биохимии игл. А.Н.Баха АН СССР ■ í!0.:.".^ !>.faja, B-7I, Ленинский проспект, 33, корп. 2) •

■ ¿сертацкей можно ознакомиться в библиотеке :<5иол2~..-

■ -¿литературы АН СССР (Ленинский просп.,33, корп. I

■ " ^ , .Г ■.

' ' " " ' "* " ""

^v' e- Автореферат разослан ■""//" J^'i'j-.^'

Ученый секретарь ■ " Специализированного совета -

; кандидат "биологических наук М, И. Молчанов

' . . , • ; : ОШШ Ш!ШЕИ;СтаКА ИБОТЫ V--.;- ■

/.'.'. Актуальность проблемы. Изучение первичных световых стаций фотосинтеза является одной из основных' и актуальных проблеял сов ре-ыенной биохимии. Световые реакции фотосинтеза изучаются в сравни- • тельно-эволюционном плана на разных тшахфотосштеэируших орга-... низыов:. высших/растениях,водорослях, зеленых■ ипурпурных <5акте- ' /рши. Данная^работа^посвящена изучению фотохшяческих^преврааениИ пигмента, фото синтезирующих бактерий о(1ор5еис1отопа£ тгЫЫН бактериохлорофилла в, у,'\; • . у ':,. ■ .-Й-.

.'.Бактерии занимают особоеместо среди не серных

. пурпурных бактерий,*;так как они используют для фотосинтеза кифра-•красное'излучение'Сдляной волны более;! микрона*и содержат бакте-риохлоро$илл £'(Ехл*£),,отличаиш1йся ¿о свош свойствам от других бактериальных хлорофиллов. В растворе Бхл £ обладает главный иак-. . сицудом поглощения при 795 ом и, таким образом, является самим * : ■^"длинноволновым"' среди фотосинтетяческих пигментов. ^Этими особен- ностями определяется большой интерес к изучению .пигментного ацпара-• га этого вида бактерий. ' .' ' V " -*'-'

' ч Одним из^подходов'к познавании процессов .световой стадии фо-"\' ' тосинтеза является изучение.закономерностей фотохимического поведения, хлорофиллов винодельных системах различной слол^сти.Полу- ' ; ^ ченные. данные способствуют , пониманию механизма функционирования > пигментов в клетках, фотосинтезирующих бактерий._

- Задачи исследования. Поскольку*фотохимические я саектрад^кые:- : свойства нового бактериального хлорофилла в изолированном состоянии практически не изучены, в задачи нашей работы ккодило:, -ч.'' • , - изучение фотохимических реакций Ехл в к его фесфитша в . V '. ' изолированном состоянии, а также изучение механизма этих реакций" методом ЭПР; ; • : ; . р.': ;.■;■' ■

определение, окислительно-восстановительных потенциалов . Бхл в.л его феофитина"йри, электрохимическом окислении я восстанови

. - попытка моделирования состояния Вел в в клетках- бактерий' пу-; тем самосборки молекул пшлента а твердых пленках;'. изучение их'шо-лекулярной организации?- '..'--* 'У. ■'.''.''//

' сравнение фотоокисленля Бхл £ в модельных системах с его

фотопровращениямя в реакционных центрах бактерий;

ручная.но виз на.,' Обнаружена способность Ехл вк световым обра" тимда окислительно-восстановительным реакциям ,->которые цоделитаиг~" . ... ::■. . ::■ .' ■ : .: .• .."... Ц и, Ьл.Ь г1Ь.и

: ^д.ЕаШ; ссшсз.'

первичный фогоакт-бакгерпапьного'фотосинтеза.

1 ' Изучены свойства катнон-радшсальной форш Бхл образующейся прл его фотоокислении хипопами. . V- ■ У

■ • Ва основаняя изучения электрохимического окисления и восстанов-':■• ления Ей в и его феофитвна(Бф в) определены величины редокс-потен-пвдло'в катион-раддкала Ези1в (Ео=+500 мв в диметилфоршыиде, ДИФ) и анконрадикала Бф д (Бо=-530 мв в ДОЗ), что подтверждает воэмож-':: ность переносаэлектронаот молекул Бхл в к молекулам Бф в при нер-. вичзом разделении зарядов в реакционных- Центра! бактерий Ж тШЖз* .':.-.

Практикеекая .ценность работы. Резульгаты:дредставленноД рабом являются частью фундаментальных исследований в области бактерваль- ; кого фотосинтеза. Полученные вработадашше угдубляюгя расширяют*' згляея о ыехавизма едементарных световых превращения • бакт ераальнше хлорофиидевв модельных сЕсгемах раздячной сложносги. что дозволяет ^ понять механизм участия этих пигментов в работе реакционных центров' > бактерий Ш. ; . Про веденноеяс следование указывает пути

т лспользованЕя сри фотосинтезе бактерий инфракрасного . излучения с • ' дяшой волны свше I микрона» ' ■.',' ■■ \ . .;'■"■"■

; " ' Адробацдя работы. Штёриалы. диссертации доложены н&: ХП Между-народно« Ботаническом Конгрессе, Ленинград, .1975, симпозиуме "Ш- .-'.:. • дегулярная организация фотосинтетнческаго аппарата" научно-коорди-- напяошого совещания СЭВ. Москва, 1975; УП'Международном Фотобио-, логическом Конгрессе, Рим, 1976, стшозкуие "Пигмент-белковые комплексы в фотосинтезе* ваучво-кооршшацкдаЕого совещания СЭВ, Сегед* / 1977. В конкурсах на дучаую работу Кпститута бвохони ии.А.Н.Еоха АН СССР 1970 л 1975 годов работе била присуждена'2 премия. ,

Публикация. До материалам диссертации опубликовано ii работ. ' • Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения,об- . ' зора литературы (2 главы), экспершентальной части (5 глав), обсуждения результатов, выводов и списка цитируемой литературы (203 :':■ наименования, в том числе 68 отечественных-работ).

Работа изложена, на страницах, иллюстрирована 34 рисунками ; \ ; а 5 габлиаами. ■ -

:'г -v. .экспекгденхальяля часть

,:■"■: .; Объекта,в методы доследования ■■ ; V ■' ■ '

Обьекты доследования.''В качестве обьектов исследования были Д использованы носернае пурпурине 'иг/тит-;, V:

содержаоие бактергохйорофидл а, и Rñodops&jdomQnas vi ticíiS содеряаше бактеряохлорофинл в. Стерли ; ъи£щт " шрасиза-дя па" среде Молвш (Кондратьева, 1963).Бактерии ' Rп. -vitidis л у выращивали па среде Ч íimfóetlen ei a/v . 1963), содеркацей 0,5& V дрожжевого' экстракта'< 50(feo), 0,15$

сукадшата натрия в 0,01 И фосфатном буфере v рН 6,8-7,2.Бактерии' . . ' росля7анаэробно в люминостате при"тешературе 25-28PÓ я освещении

юоодк. Ч . Ч 'у "ч-

^Вздтертхлорофнвл аввдеяяли из клеток бактерий R. tuSturn , по известной методике (Войновская, Красновский,-¿fysefot, 1938)» >' . ■ ■■>..)>; У 'Ы;г--.;-

• • : Вйкгервохдорофилл в ¿вдедяля из культур« ^^¿«¿^, ;

используя методику,- описанную Аймеялен Simfyc&cn ciai., 1963) ж --йенсен ( fensen e-i 1964), но видоизмененную нами с учетом V большой чувствительности к свету и кислороду:доздуха выделяемого ■ г ' : пигмента: (см.содергание. работа). ' Т-У^УУ^-у^У- J.ytj V/V : ' ■" -л ■ Феофитгны обоих'бактертахеорофилтов получали обработкой эфир- .у них растворов пигментов; 1055 соляной кислотоН.' В случае бактерпофео- ' фитина^ проводили его дополнительную очистку хроматографией иа : . . . - ' СаХфОЗв.' ;; }. [ Г.-: ^Á'v \'['УУ' ' 'У. У '- У'^ ''^'/V-

",Дая' получения i хрома^офоров; бактерий Rn. vitidis по методике ( Cusanovicñ et аС., 1968) использовали пятидневные клетки» ■" . ' *■-. ■ ■■■.' У''-а1 ' ''". у

f ' Для выделения реакционных центров бактерий , t-icíis . - ; :

использовали методы Торнбера я Олсона

ffiotnéex e¿ ct¿:y '.. . I969)# : Методы исследования. Спектры поглощения регистрировали на модифицированном спектрофотометре СФ-14, диапазон измерений которого ■ был расширен в инфракрасную область до 920 mi» Изменение^оптической плотности измеряла на самопишущем потенциометре КСП-4, присоединен- " . ном .к. спектрофотометру* Освещение образцов' производили красшш светом кинрдамлы (ЗОО вт); через конденсор л светофильтр КС-19,- пропуска- . вшяй;светс длиной волны больше 700 нм. Юяенсивность света в боль-шшетве, опытов была I05 эрг/о^сск. ^Ч^ЧЧ^Ч—у; У-У''--\У?-У'У

Спектры■ поглощения" вмблизкой ¡ш$радрасной области измеряли на , спектрофотометрахSP^TOO я -//7?«~cA¿. - ■ ;;:: ; :

yj. ".Инфракрасные спектта поглощения в области 1600 cu~* -1800 ; Л

рзиер/Ци.н^ приборе UR -10. Образцы для; измерения инфракрасных

* х'Исходш1Й шташ бактерий, • -vitidis был любезно предоставлен ' ;1 Е.Н.Кондратьевой и В.Э.Усаёнской (кафедра микробиологии Ш7)* ..w^

ч ■

■ VД." Д ; 7Д, ДД.-: Д Д Д ;,:/; Д Д Д V-'Д'Д4. Д

'. спектров готовили на пластинках аз ■ ЫаС1.■/■

Спектра флуоресценция (в области 400-800 пи) регистрировали ■ : на; спектрофдуориыетр©,. состоящем из спектрофотометра ИСП-51. фото- '-:/".' Электрической приставки-ФЭП-1 с фотоумножителей ФЭУ-38 и усилите- , ;

..;Д;. леи ЛПУ-01. .. Д •• Д-Д ....ДД- '-\Д у ДД: Д-ДД-Д- : Д;. ....■ ;,:Д'/'...Д

Д'Д " ''' Низкотемпературную. исследовали на установке

.л для,измерения спектров лэмлнесценцил' (в области 500-1100 нм ). с. мо-нохроматорои и фотоэлектрической регистрацией (ФЭУ-83, охлаадаешй сухим льдом). ■■ . ■ ■■■'./■://■/..■■ :■

■ Изиененлв;окислятельпо-вдсстановитедьного потенциала прд фото-

> , реакции наблюдали в специальном вакуумной сосуде с использованием , • платсиового электрода в потенциометра ДПУ-ОХ ш методике (Еастипю-* ев» Гаврслова,. 1965). ■''лд.;/; :.■' .,- ■■'Д

; >: Измерения, спектров ЭПР дроводшм на радиоспектрометре РЭ-1301 ' /в стеклянных ампулах размером 3-4 ш, которые освещали в резонаторе радиоспектрометра фоку евро валнш светом:ксеновой лампы ДКСШ-200 ( .. через водяной фильтр и краевые светофильтры КО-15 и КС-1Э. Термо- V Д. статдрущее устройство позволило/язмейягь температуру в резонато-Д-Д ре ЭПР-спектроыетра в пределах от -196 до +50°С. ":

■ 'фото индуцированные изменения поглощения реакционных центров Д, ЙЯ. ъШскз измеряла в Ю им кювете с помощью фосфороскопическоа установки (Кгшов а др., 1975) .подобной описанной рай ее Карал етяном -; (Карапетян идр.,1963). В области 400-800 ям использовали фэу-38, а , в области 700-1200 адм - ФЭУ-62хх/. ; ,... '."••< г

у. Дня измерения оксслигельно-вос стадо витальных _ потенциалов ас- ; .'■■■ пользовали осциллографический полярограф ЦЛА-03, , позволяющий снимать вольтамперные краше с треугольной разверткой а переменно-..токошй полярм^раф ШТ-1. Измерения проводились в широкой диапазона потенциалов (от +800 до -800 «в относстельно нормального водородно- Д; го электрода), поэтому в работе попользовала ртутный и платиновый электроды» Стабильность пигментов во время полярографических язме- , : нений контролировали по спектрам поглощения .до а после опыта. ЗДх поставлен полярографический контроль на каждый растворитель?**^ ' *

*^Эти измерения были любезно проведены А.А.Красновским мл. я '...V В.Н.Лебедевым на кафедре биофизики биологического факультета МГУ*...

^Приносим искреннюю благодарность сувалову В.А. »Климову В.В. ; -я Крахыадевой И.И. за участие в этих экспериментах. '■■■■.=.■.. ?■

.^^^Работа выполнена а псшгоографаческом кабинете института < баэхшии им.Баха совместно с Кузнецовым Б.Д. ,, . ■■„; ;

.;/...-, ; ' ■■'■:';*:■ РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ■■

'"'■" ' I* и фотохимические свойства бактертхлоро-

.■ ч'«Билла в р таствотах - -" ■

Фотореакшя бактериохлорофилла в о акцепторами электрона ;

: Необратимое фотохшяческое_окислеш1е ^бактерйогдорофллла_в. Было проведено сравнительное исследование, необратимого фогоокпсле-ния-бактериохлорофвлЛов а в | кислородом воздуха в органических . расгЕорягеляхЧспирте.ацетоне, толуоле), при +20 в -70°. Найдено» что фотоокисление Ехл в происходит очень быстро (25-30 сек.) с образованием продуктов, обладающих поглощением при 440, 500-600 и 680 нм. В обратной реакции в темноте ара добавлении аскорбиновой кислоты наблюдала регенерации исходного сагиента до 30-4СЙ, фотоокисление Ехл а ватшгогичных условяяхпронсхйдило в 2-3 раза мед--' левее, причем в отличие от Ехл в в продуктах реакции отсутствовала , полоса поглощения в области 680 им; регенерация исходного пигмента а обратной 'темновой реакции более полная (до 8054). Очевшшо, глу- . била обратной реахцди зависит от присутствия образовавшегося в пряной реакции устойчивого промежуточного продукта с поглощением при , 680 ш Чей больше накопление этого соединения в реакцион-

ной смеси, тон меньое обратимость реакции.

■ ^ Из сравнения полученных результатов следует, что Ехлё о тли-.чает способность к очень быстрому окислению кислородом с образованней стабильного Н^^, в то время как Бхл§ окисляется в основном о образованием лабильных:окисленных соединений, регенерирующих 'в обратной темновой реакции исходный пишенг.

Исследование-взаимодействия Ехл в с о-бензохиноном обнаружило его йольщую реакционную способность но сравнента с Ьхл а в этих же условиях. Как при;+20, так и при -70° Ехл в быстро необратимо окислялся с образованием ( устойчивого Певб» котоРый не подвергался дальнейава изменениям] В случае Ехл а реакция шла по механизму ' двуэлекгронного веобратйаого окисления прн +20^4 меньшей скоростью с образованием "хлорофталонодобного продукта с ^поглощением при 682на

»(реакция I а,на: схеме). Ранее было показано (Краснов скиЭ и др.,-1970), что &тот хдорофадлоподобша продукт окислялся далее под действием света до соединения, являвшегося аналогом про тахл орофил-. ла, смазсямумом поглощения при 636 км (П^з6) (реакция 16 на схеме) При понизевин температура до:-70° наблюдала обратимое, вероятно, одно электронное , окисление, ведущее к появлении прем едуточного продукта в поглощением при 430 ни (реакция Д на схеме}.

1 Изложенный материал схематически мохш представить так:

V I, а) Вся а + А ^ + ; v ■

; / i , %02+ А ; \ ;\ ;

V . П. Екл а + A Ехл»«о ;v'■'■.■'. Гv

где к - акцептор, о-бенэохиноя; С - свет; Т - темнота; Вхд - : прадеку точный' продукт сыаксинушм поглощения при 430 ш.

- Ехл в при фотореакции о о-б ензохшоном окислялся в втнж не условиях только по деуэлектроиному механизму;

' â + А ^ ^80чАН2

. Несмотря на спектральную близость обоих фотопродукгов окисле- i-швгбактердохяорофЕилов à и в, со свойствам они отличаются друг от друга, что связано, очевидно, с различиями в структурах обоих пит, центов. Согласно даншм Катца я др. ( Scfieez, Xaiz, et a£-, 1974) . Ехл в отличается от Ewt а наличием дополнительной двойной связи у * '4-атома'углерод» II гшрольного кольца и цродукт его необратимого : . окисления представляет собой 2-дезвинш1-2ацегш1-4-дизэтил-4-(о^ гидровсн) этил-хлорофилл а в отличие от 2-дезвинил-2-ацатил-хлоро-филла*а, образующегося при необратимом окислении Бгл а. Образование этого se характерного продукта фотореакцка мы наблюдала при : фотоокисленик бактериохлорофнляов айв п-бепзохяноном, прячем . . скорость окисления Бхл в ватного превышала скорость охнслешш Ехл а, '..... ■ ■ '. ''...'

Результаты,. шлучешше при изучении необратимого фотоокисде-ния бактериохлорофиялов а в в, свидетельствуют о той, что, несмотря на структурную близость , эти пигменты различаются но своей ре- ■ .ашуюкной способности, причем Бхл в отличает - склонность к быстрому взаююдействию с акцепторами электрона, приводящее к образованно ^стабильного фотопродукта типа хлорофилла (D^qq). v s

Обратимое фотохимическое окисление бахтериохлорофилда в

в органических растворителях^ ■; ~ -

: ^v ' Изучение ■ обратимых фотореакций ■ бактериохлорофшиов | л до •разлдчшшя'соеданеняяш хнношрюй структуры прэдставляло для нас ' интересов овязя с тем, что этареакция ¿юделидоетдервичный фото- : акт бактериального фотосинтеза* где возбужденный бактериохлоро-, ! фидд нонет наступать в рода донора, а хннон - акцептора »лектро- t

нов < ХоасА, шее, mzi тс eetoy е* «е., тг;9Ъхя>л, Co^ee/mj,

' :: : Трудность изучения обратимых окислительных превращений Бхд заключалась в том, ч$обы подавить склонность атого пигмента к быстрому необратимому окислению с образованием стабильного :

Сравнение обратимого фотоокдслепия Вел а л в показало; что в то время, как окисление' Бхл а о-бензохиноноы (ГО-3Ц) в ацетоне и спирте давало обратимые эффекты при низкой температуре^ (^(Я^ : Бхл в в этих *е условиях медленно необратимо окислялся» П-бензо-хинон (Ю-3!!) вызывал обратимое окисление Бхл а в ацетоне исиир-то-глицериновой среде (-70°) с образованием промежуточного соединения с максимумом поглощения при 430 нм» однако в спектре поглощения Бхд в в аналогичных условиях обратимых изменений ыы не обнаружили.- ■

Ном удйлось ааблодать обратимое окясяендв Бхд £ юлы» л сшгото-глицврЕновоЙ среде при -70° при концентрации п-беязохинока: Юу, прочем образующееся промежуточное соедшение обладало поглощением при 450 нм (рис. 16). Обратная темповая реакция шла

. . V-" . :.'.'. Я. ■ V.V.

\ ■■ 500 ; m 700 № ни -..'; . -.

Pho.Iv Обратимое фо*оокислеш№ бактеряохлорофилла в (10"%) . » п-бензох1Еяопои (Ю^М) при -7сР в спирто-глицериновой-

среде (АГ и-дифференциальные спектры (Б). , * . V д.х - походный спектр; 2 - после освещения красным ! светом в течение 3 мин.» 3 - после стояния в темноте —

10 мин; 4 - после освещения, сипим светом в течение /.' 2 usa. Б. Спектр I - (2-1), спектр 2 - (4-3):

очень медленно» однако она значительно ускорялась сод действием -сгнего света; очевидно, происходила активация продуктов реакции, ; поглощающих: в; синей. области" спектра. - Появление. поглощения '' при « 450 ни набл£щали такхе цри фото окислении Вот в ^бихиноном (Ю^Ю в спирте при низкой температуре, причем изменение оптической плотности происходило быстро в течение первых оекунд освещения в отличие 2-3 ыкну* действия света в случае окисления Век в п-бензохинонои» ■ \/ '

Результаты саектрофотометряческях измерений были подтверждены потенцпометряческимя данными по изменению окислитель но-во с с га-новительного потенциала под действием света.при обратимом фотоокн-.слении Ехл в.- Било показано, что освещение красным светом системы Ехл в - убяхинов в спирто-глицериновой среде при +20° приводило к появлению полонительного потенциала, свидетельствующего об ббра-- эовании лабильной окисленной формы пигмента, вероятно, катион-радикала; Цри включении света наблюдалась обратная реакция*

Обратимое фотохсыяческое окисление Ехл £ в водном растворе:детергента тритона 2-100

Известно, '/что мпцеллярвне растворы детергентов являются удобной моделью для изучения фотохимических свойств пигментов в;вод-ной среде в со стоянии, приближепномк нативноцу..Згя растворы моделируют гетерогенные условия клетки, где пигменты определенным образом ориентированы.в иембранах н, таким образом, являются следующем эталон но пути усложнения модельных систем' до уровня биологической, организации. .. ■ ' Д '

В водных растворах тритона Х-100 Ехл а проявляет..- еще большую неустойчивость, чем в органических растворителях, частично : разрушаясь ухе в процессе эвакуации кислорода из сястеш* Для подавления процесса необратимого окисления в раствор Ехл в а детер-'гентв добавляли аскорбиновую кислоту в количестве,'.не превышаю-, оем количество акцептора электрона я после эвакуации кислорода при освепеняи системы ^фасным свегом ^в области поглощения» Екл в) наблюдали фотосенсибялдзпроваяное Ехлв окисление 'аскорбиновой \ кислоты остаточным кислородом. В результате, в двойной системе, состоящей из раствора Ехл в (10~^в тритоне 1-100 (0,4$) и убя-хинона ^ наблюдали быстрые обратимые свето иоду даро-

ванные измененея поглощения при 590 нм (второй максимум поглощения Ехл в цри 450'на (окислепная форма Ехл-д). ДдДД:/

Полностью•обратимый ггродессудалосьшблздать лишь' при очень коротком времен^ освещения» прячем вид кривых свидетель—

ствовал о той, что на свету насыщения не происходило. При уве-лячении времени освещения величина светового сигнала возрастала, а кинетика тешового спада соответствовала неполной обратиг мости процесса* Поскольку.в спектре поглощения появлялись полосы при 630 я 440 од, соответствующие .стабильному n^gQ, ста- • повелось очевидным, что наряду "с обратимым окислением происходило необратимое окисление Ехл Вероятно, характер кинетических кривых обусловлен наложением.этих процессов при данных условиях фотохимической реакции. Таким образом, при обратимом фото о кл слении £хл в вводном,растворе детергента, где пигмент' находятся-в шноиерцом состоянии, образуется лабильная окислен-. над формапигмента с поглощением в области 450 им, подобно окислении Вхл £ в органических растворителях.

: Из'гфедставяенкого материала следует, что Ехл £ способен к быстрым обратимым светояндуцированным взаимодействиям с акцепторами электрона в двойных модельных системах различной сложности. .

Для исследования природы продуктов обратимого фотоокишге-ния'бактерпохлорофиллов мы лршенили метод ЭПР»

. Образование свободных радикалов при фотоокиеяенки

При сравнительном изучении фото окисления Ехл § и а были обнаружены различия в реакционной" способности и фотохимическом поведения этих пигментов. Поскольку радикальная окисленная форла Езсл л до сих-пор не бшга обнаружена в модельных системах, представляло интерес исследовать ее свойства в сравнении с известными свойствами катион-радикалу.Езсл а (Ким и др.,1974; ' Умргоскна и др., 1975; Зси&г е£а£., 1974; jUc.ECto» й{ 1972). .

» В системе Бхл в п-бензохшон в спирте возникал свето- -.. индуцированный сшглетный сигнал ЭПР со следующими характеристиками: | = 2,0025 и дН = 13 э, который наблюдался в интервале температур.; от -160 до 0°. Представленные на рис,2а спектры. ЭПР, наблюдаеше под действием красного света в окисленной системе с .бактериохлорофнилами а и свидетельстщтот о том, что оба пигмента даят сходные синглетныо ашгалы ЭПР, однако длитель-

носгь . жизни 'их существенно различается. Более быстрое исчез-, вовеняе сиаглетдаго сигнала ЭПР Ехл £ по сравнению о синглетом ■ Бхл § мы наблюдали во всем диапазоне температур. Если сигнал • Ехл g часами сохранялся при температуре ниже -70°, то окисленная форма Ехл в в этих же условиях исчезала в течение нескольких шнут и даге при -120°' исчезала довольно быстро (см.рнс. -2Б) после выключения света. Только при -135° в замороженной .матрице удалось;стабилизировать окисленную радикальную форму Бхл Все эти данные свидетельствуют о большее нестабильности катион-радикальной формы Ехл jj по сравнению с аналогичной формой Ехл а. Сшгл е тныа сигнал ЭПР Бхл а можно было наблюдать в довольно оироком интервале концентраций окислителя (1СГ2-вследствие его значительной устойчивости,' в то время как сшглет Бхл £ Степновой и световой) в отчетливой форме

удалось наблюдать ори оптимальной концентрации п-бензохгнона, 5*10Г%. у^еньшение-кшцентроции акцептора (до 10~%) приводило к сникешш интенсивности синглетного сигнала, а увеличение (до,2,5*Ю"^М) - к увеличению интенсивности сигнала , однако, при этом увеличивалась и скорость обратной реакции* вследствие чего kojkho было наблюдать только световой сигнал, тогда как -в темноте сигнал иочезал практически мгновенно.

Использование-убихинона С^ в качестве акцептора электронов приводило к результатам, аналогичным полученным в опытах с п-б ензохилоном. Эти, результаты еще раз подтверждают принадлежность синглетного сигнала ЭПР, обнаруживаемого при фотоокислении Ехл § различными хинонаыи» катион-радикальной форме пигмента. :■..■..'■ ' ■'■■'■.-'■'...

Суммируя эксдер'ям ентальшй материал, можно прийти к заключению, что оба бактершшюрофилла- характеризуются различной реакционной способностью их окисленных радикальных форм, и при этом радикальные свойства продуктов окисления.соответствуют фотохимическим свойствам этих пигментов* Эти данные позволяют предположить, что окисленные формы бактердахлорофидлов а 15 (о максимумами поглощения при 430 и 450 нм соответотвенпо) являются свободными радикалами и ответственны за появление синглетного сигнала ЭПР. 1 . ,

. г . ■ V ■. ■ * ■■■'' ■ ' ■ .- - :

Участие; Екл £ в фо то с ен сибилизиро ванном перепое е ,. электрона < ,

' ' ' ' чг » -

. Следующим этапом работы было выяснение способности Бел д к фотосенсибялиэированночу переносу, электрона в тройных систе- ; мах , .включающих акцептор электрона, пигмент и-донор электрона. Эти системы являются моделью участка цепи переноса электрона, функционирующей в клетках фотосштезирушшс организмав.

В системе, состоящей из акцептора электрона, убихинона Оф С0,5-2*10~^М), Ехл ¿ (10~®М) и восстановленного аскорбиновой кислотой дяхлорфенолиндофенола (ДОЗИФ ) (6,6*Ю~5М) в 0,455 ■ раствора, тритона Х-100 наблюдали быстрые обратимые изменения '.поглощения при бда ни (полоса поглощения ДКФИФ) при освещении

красным снегом в области поглощения Вел это свидетельотэует о сенсибилизированном бактераохлорофвллом з фо^оокисленяв кра- ; .сятеля убихтоном. Увеличение оптической плотности на свету (2-3 сек.) происходило до насыщения, а в темноте следовал бнст-. рый полностью' обратйинй спад а J^Qg» очевидно, в темноте-р вахтах'ошв обратно за счет нзашздойсгвия восстановленного'акцептора с окислецвш! красителем. Доказано, что велнчяна< д%оз возрастает е увеличением концентрации убяхинона в уиеныоается о' повншением температура. ■'...'

фотовзашодейМЕие бактериохлорофилла fi с донорами . электрона ■ ...

фотовосстановление Ехд £ изучали при взаимодейотвид его с .сульфидом натрия, характерным донором электронов для бактериального фотосинтеза. ' ; ,

Показано, что механизм реакций фо го восстановления зависит от концентрации донора электрона. При использовании 3-5'10"% Nq£S наблюдали вызываемое светом (I,5-2 мин.) образование . восстановленной формы пигмента в области 670 ш, исчезающей в обратной темновой реакции а течение 6-7 мни. При уменьшения концентрации восстановителя на 2 порядка образуется корогкогявущая ' восстановленная форма, исчезающая в темноте а течение 8-10 сек. н обладавшая поглощением в той же области спектра (670 им ) - ■ (рис.За). : . ' - ■

В условиях, соответствующих образованию долгчшщущего продукта восстановления, возникновения сигнала ЭЯР не было обнаружена, вероятно, в связи с тем, что этот долгожееущей продукт является валентнонасшценшш соединением и не обладает радикальными свойствами. В противоположность этому, а условиях, соответствующих образованию короткоаивущего продукта,-удалось обнаружить сигнал щр небольшой хшгеясивноста,..шириной II э со слабо ■" разрешенной сверхтонкой структурой (рис,За). ■ ■

>. На основании полученных данных можно предположить, что при фого'воссгановленяя Езгл g' сульфидом натрия происходит образование короткокивущего соединения, характеризующегося поглощением в об-

V 13.

Рло.З. А - фо то во сстано вление бактериоглорофилла £

сульфидом натрия (Ю~5М) а пиридине: ■ ' :

. I - кинетика фотояндуцироваыных изменений поглощения в главном максимуме поглощения бактериохлорофиллй а (810 нм) а его восстановленной формы (670 нм); 2 - сигнал ЭПР , наблюдаемый в световой реакции. .

- фото восстало вшше бакторюфеофетина £ (Ю"5а) ■ ■' ;

сульфидом натрия (Ю-5М - б'Ю-6!!) в пиридине: .,

1 - кинетика фотоиндуцяровашшх изменевдгй поглощения в главном максимуме поглощения бахтердофеофити-

на в (77Ц нм) к'его восстановленной формы (660 нм). ■/-...■

2 - сигнал ЭЙР, найвдаекый в световой реакции* ■

ласти 670 нм я имеющего радикальную природу. Д&льнейв ее во с ста- " яовление приводит к образовалко валенгнокасвденного соединения, (спеющего поглощения в той же области спектра в не обладающего радикальными свойствами.

- П. Спектрально я'фотохимические свойства бактериофеофитша 5 )

.Полученные в последнее.гремя экспертавитальные данные показали, что восстановлению первичного акцептора в световой стадии бактериального фотосинтеза пре дае о хву етра э деле пае зарядов между,Р870 я промежуточным переносчиком электрона, роль которого может выполнять бактериэфеофитЕН, обнаруживаемый как составная часть реакционных центров.( е/ е,{ а£., 1975; 1973): при этом бактериофеофятян восстанавливается; Затем было показано, что Первичное разделе- : ние зарядов между. Рц7д я бактеряофеофитяном происходит за вре- '." мя, короче 10 псек,и через 200 псек бактериофеофитин,отдает электрон "первичному" акцептору, комплексу убихиюн-ре (сЛг£1Э75). Это позволило ыш- . чить бактериофеофитян в схему электронного транспорта в клетках

■ НЛ^рЯсхоУей ( ?*сдег, 1976), что в корне изменяет ранее существовавшее представление о феофятинах'только как-о

■ продуктах деградации хлорофяллов, не обладающих собственной /биологической функцией.:.

В связи ;с этим особую актуальность приобретают результаты,, полученные при изучения фотовосётановления бактеряофеофигшов в модельных системах.'

1 Фотовосстановленяе Еф £ проводили в системе, аналогичной

восстановлению Ехл с тем.же донором электрона. Из спектрофо-мометрических измерений следовало, что, подобно Ехл в,в реакции .. фотовосстановленяя Щ £ образуются два различных продукта,. обладающих поглощением в одной и той же области спектра при 650 до. Пря': концентрации «КГ3!! - это долгожшвуаий';; продукт .ко-

торый исчезает е обратной темновой реакции за 6-7 мин; при концентрации , 10""®М.- это короткожиаущий фото продукт,. имеющий время жизни &-9 сек. Последнему соединению соответствует сво-. боднорадинальная форт, представленная сигналом ЭПР о хорошо раз' решенной сверхтонкой структурой,.в отличие от магниевого комплекса, где наблюдали спнглетцую линию иалой интенсивности со слабо разрешенной сверхтонной структурой (рис.Зб)..Додгожявущиа продукт

фотовосстановления £ф в является, очевидно, валеитнонасвденнш соаданешем и не обладает радикальными свойствами.

■ Наличие сверхтонкой отруктуры у радикальной формы Еф в ■ свидетельствует о локализации несцаренного электрона, что при- ■ водит.,к стабилизации радикального состояния.' 1'' : ' "

* Во всех опытах по фогово останов леплю Бф в и Ехд в не было обнаружено новых максимумов флуоресценции, которые можно было бы приписать продуктам обратимого одноэлектронного восставовле- :

■ шш. По-видимому, реакция фотовосстановления протекаете наруше-. нием системы сопряженных по кругу двойных связей в молекулах пигментов. ■-...'.■'■

■ Полярографическое изучение бактериофеофитина £ и '

бактераохлорофалла в

Для исследования возможности переноса электрона между молекул атш;Бх л в и Бф ;п необходимо знать веллчшш окаслительно-вос-становителышх потенциалов этик шшиентов, в связи с:чем мы . Провели определение и« редокс-потенциалов методами осциллогра-фической и переменно-токовой полярографии.

Результаты опытов, представленные'в таблице 1(етвдетельст-> вуют о том, что бактериофеофитша айв имеют более положительные значения окислительно-восстановительных потенциалов по сравнению с соответствующими бактерзохдорофиллаки, что подтверждает возможность бактериофеофитинов быть ацепторами электрона от : бактериохлорофиллов.

.*'.■■ Полученная наш величина потепциаяа Е0, при которой происходит образование, катион-радакала Вхл в (в диметилфорегамцде), ■ равна +500 кв а совпадает с дащшми, полученнтти при окислении Бхл в.в составе Рд^д * (Клшов и др.,1977; О'гспсе 1976).

Потенциал восстановления Бфв(в дгагетилфорызизде ) равен - 530мв ц близок значению потенциала, подученному фоАдлером ( За/еъ

■ 1976) одновременно с наш в тш же растворителе.

Таблица I

Окислительно-восстаяовите лыгаэ потенциала (Бл) бзктерио-хдорофидлов а и в и их феофптннов, выраяенннэ. в ни -

ъактерко-хлорофялл а ьактерио-. феофитлн а - ьактерио-- .. хлорофилл .Бактерло-феофктая;^ -

^ ' . . по лит.дан. V ^о по' &о рит.дзн. Бо по лит.дан. Ео Ео по лит.дан*

Анодаая область,-электрод ■

Адето-нитрид, 0,2 И НаОЮ4 +450 Шг' +550 , Асеъ, 1958) +450. ' \xunte, 1964) +780 +960 т- +400 .1976) +515 (Климов, 1977) +750

Диметил-форма- Х(сеа, +570 • +500 ■ —.. " 1 ■'

Катодная область, Нд-электрод ■ ' ■

Дюлетил-фошамид 0,2 11 . Х('№н > -720 -830 тг\ -500 Л?- ''■а.- -790 -530 флпсг. : 1976)

Ш. Изучение агрегированных форм бактеркохлорофяллз в ■ и его феофаттна

Известно, что в таких, сложных модельных системах, как кол-! ловдные растворы , твердые пленки л глонослол,имитцруется состоя-; кие пигментов в клетках фотосинтеэируЕщта органдзмов. Кы попыта- -лись моделировать состояние Ехд в в клетке путем агрегацак молекул пишента в твердых пленках и посдадупцего изучения их моде-■ кудярной'организации. - ' ' . '/V'

.Следует отметить отличительную особенность бактерий . &Я. ш, которые содержат дивь одну длинноволновую форму

ВхпЬз'ш vгv0 (1020 нм) в отдичие;от нескольких форм во всех, . содержащих Бхд а , видах бактерий. Препараты реакционных центров йЯлтСйсИх обладают поглощением при 960 нм в отличие от поглощения антенны - Бхл д. (1020 нм), что также отличает. этот вид от-всех других фотосинтезкругацих бактерий. - .'/'■. ;

- Было показано, что наиболее длинноволновая форма Бхл в " в твердой пленке с А = 910нм образуется при действии паров .^водаого "раствора аммиака (25?) на форму 890 , образующуюся путем спонтанной агрегации молекул,пигмента. Все другае обработка кизкомодекуляршгмк соединениями (метанол, вода, формальде-гвд) не давали'Цфсктов длинноводнового смепенгя, а.а случае метанола вызывали дезагрегацию длинноволновых форм. Мы предположили, что в полученных твердых пленках Бхл в - (Л =910 км) присутствуют и более длинноволновые формы пигмента, которые не удалось наблюдать при данной технике измерения.:Для провер-; '; ■кл этого предположения измерили низкотемпературную дшииесцен-цив полученных твердых пленок и обнаружили в спектрах люминесценции один длинноволновый максимум в области 970-975 им. Очевидно, это связано Э миграцией энергии возбуждения с более ко- -:ротковолновшс на длинноволновую форму пигмента, максимум погло- í, щенпя которой не удалось измерить в явной форме.

Таким образом,;при агрегации в твердых пленках Бхд в/ достигает максимума'поглощения при "Л =910 нм к максимума флуоресценции при Л - 975 нм..Ь5ояна предположить ,что этот тип-, : молекулярной упаковки ближе « состоянию пигмента в реакцион- - . ном центре в то время как состояние молекул антенны -

Бхл £ нам моделировать не удалось. В противоположность Бхл в, Ехл а образует в аналогичных Модельных системах длинноволновые форма,-соответствующие1 существущим ¿л гг/гго (Красновсютй и Др.,1972). ■'■* '■■.;.' " ■.

; С целью выяснения молекулярной организации агрегированных форм мы исследовали структуру инфракрасных спектров погло- ; -.щения твердых'пленок Ехл в и его феофитина в сравнении с соот--ветствушщми"спектрами пленок-Ехл а и Бф а, подробно изученным : ,в,работах Катца (ВаССьсктНех,Ла^г, 1969) и в нашей лабораторий (Красновсхий н др.,1972). ■ * ;;

- 1 В области колебаний двойных связей (1800-1600 см"1) ;

твердые пленки Ехл в обнаруживали в инфракрасном спектре погло-. ' : > "Л". щепля полоса при ~1745 см~*, ~1665 плечо при 1650 см~* •

■ и полосу при ~ 1615 см~*; что мало отличается от положения. > . максимумов в твердой пленке Бхл а (Красповский и др. ,1972). Поскольку Ехл а . и в обнаруживают значительную структурную; бяи-: ; зость (БсЯсег,', 197>1), отличаясь, Н основном, только на-•' . ;>. лпчием дополнительной двойной связи у 4 атома углеродз II пл-■:г. рольного кольца в молекуле Бхл в, то мы считали возможным ин- : |

.у-ч; тсрпретнровать полученные данные по аналогии с Ехл в . Доминирую-; . Л ций в.спектре пленок Бхд £ макслщм 1665 см~* характерен для

агрегированных форм и может быть результатом координационного ' • • . . . . V взаимодействия карбонильного кислорода кетогрушш у 9 атома углерода цгослопентаноноэого кольца с центральным атомом магния : * '■'■Д другой молекулы пигмента с образованием связи кето— . ;

. / Этот максимум охватывает, по-ввдшлоцу, также поглощение свобод7 . ' ) :■■■?■'■ вых ацетильных трупп у 2 атома углерода.' * ' - ' . )

; : В инфракрасном спектре раствора Ехл в в серпом эфире доми-.пирует полоса ~1700 см-*, принадлежащая колебаниям свободных ке- > ■.;'■'. тогруот у 9 атома углерода; ее малая интенсивность в твердой V V пленке свидетельствует о том, что в пленке кетогруппы, цринадде-: ■ жащие 9 атому углерода, оказались связанными. ^

В инфракрасных спектрах пленки Бф в и раствора Бф в преобладала полоса при ~ 1700 см-1, отражащая колебания свободных .'л;! кетогрупп у 9 атома углерода. Суммируя полученные результаты, , ;. ... можно сделать вывод, что образование агрегированных форм у :." - * безмагндевых пишентов осуществляется за счет непосредственно. .;: го взаимодействия'л"-электронных систем молекул, без участия ко-ординационнык межиодекулярных связей. При этом карбонильные, груц- " пы остаются свободными.;'. .'. '•.:'

■ ■ Напротив , агрегация молекул Ехл в в твердив пленках может: -\. осуществляться путем участия ь ыенмолекулярном взаимодействии : ,

•; карбонильных груш, связанных с атомом магния координационной .

связью. . ■' ..■'■ ' .'■'■ -ч : - : ■■■ ■':'; .

1У. Фотоиндуцироватгае превращения бактеряохлоро-фидла в в реакционных центрах Pgso

; Представленный в предыдущих разделах экспериментальный: , материал касался световых окислительн о-восс тановительши пре- ; вращений Бхдв в модельных системах различной сложяости. Для ■ нас представляло интерес исследовать фотокндущгрованные изменения -Бхл в в составе реакционных центров и влияние ка них \ экзогенных доноров и акцепторов,электроа при сравнении этих ;." изменений о фотохишгае стада! превращениями исследуемого пигменте, ,' '' ■■ ' ■ '■'■ ■ - " -.. ...

При освоще!ти препаратов реакционных центров $vitldtS светом с Л> 620 нм мы наблюдали обратимые изменения поглощения, спектр которых соответствовал описанному спектру фотоокисления первичного донора электронов Pq60 ( Ccayion, 1965) и характеризовался выцветанием полосы поглощения при . 960 нм,/принадлежащей Ехл g. -Ч';.. „■■:■:

. ^ исследование кинетики светошщуцировавннх изменений поглощения при 9G0 Ш.С'дДдво) показало, что в отсутствие' экзогенных добавок наблюдается неполная обратимость этих изменений* ' Добавлением препарату Рд60 аскорбата натрия в значительной; степени'ускоряло текновую релаксацию д Ддео» что подтверзсдз--' лб окислительную природу этих изменешй. Восстановленный дд-хлорфенолиндофенол, являясь эффективным донором электронов на PggQ, вызывал такое ускорение темпового спада д Ддео* 470 ца~ копление ?%о . существенно уменьшилось. Последупцее добавление к образцу убихинона Од. естественного акцептора электрона в¿бактериальном фотосинтезе, активировало д-Дд60, так как уби-хинов усиливал реакцию окисления Pggo'. принимая от него элек-:троны. '■

Обсуждению результатов

■-..'■. .Исследование фотохимических свойств бактериальных хлоро-филлов позволяет получать сведения, необходимые для понимания... а интерпретации поведения этих пигментов в клетках фотосинтези-ругщих бактерий.1 Особенное :. значение приобретают результаты, :

(1 ■ полученные при изучении свойств пигментов сравнительно мало изу- . чепиых видов бактерий, таких как 'Rft. viiédts . Поскольку фотохимические свойства бактериохлорофялла в и его феофитина были : ■/-. практически не исследованы, нам представляется оправданным - ; >■ ; i обсудить подученные в;работб данные, при сравнении их с известными

свойствами Бхл а и Еф a itt vitio и при сравнения фотохкмячес- : '.'г ких свойств Ехл в в модельных системах с его светопнду цированныда, ; . превращениями. ¿л vivo.

'■-'■'",/,•./■ Из сравнительного- исследования необратимого фотоокисления бак- , \ териохлорофкллов в и в кислородом следует, что Бхл g отличает спо-L: собность к быстрому окасленио с образованием стабильного фотопро—; . ■

дукта, обладающего поглощением в области 680 нм (П^ед), в то время V как Бхл а окисляется с образованием лабильных окисленных соедпне-: ний, регенерирующих в обратной тешовой реакции исходный пигаонт. Образование характерного устойчивого продукта необратимого фото* ; окисления Бхл вЧП^дд) наблюдали также при взаимодействии пягмен-та с о-бензоэсшоном, причем Бхл а в аналогичных условиях окисляд-ся значительно медленнее с образованием сходного по спектральной '■;*■■, характеристике соединения (HgQg), но способного окисляться дальше. . ; . Эти различия в продуктах реакции необратимого фотоокисления оче- . .

видно связаны с различиями в отру натурах' бзктерзохлорофиллов а и Í

в (ScAeez, JCatz, I974). Принципиальных-различий в строении молекуд ; обоих бактерпохлорофиллов це обнаружено, но наличие дополнительной ; двойной связи у 4 атша углерода IX хшрольного кольца Бхл g, воз- ''.. I можно, способствует появлению у-этого пигмента такой характерной , ; ■ ' склонности к быстрому окислению с образованием хлорофиллоподобного [ стабильного продукта Í^qq). ' "

Мы провели также сравнительное' исследование обратимого фот<^-окисления бактериохлорофиллов а ы в различными соединениями хино-- одной структуры. Эта' фотореакция моделирует первичный фотоакт ' : бактериального^фотосинтеза, в котором колекулы бактерпохлорофилла '-:.¡ . в составе реакционного центра служат донором, а убяхинон, - ! акцеп- ;

тором электронов, что экспериментально доказано в настоящее' время : {'{fazson, Cogdeee, 1975;■ ТПаихегаеС ct 1959,1972),

: ; v.v Наш было показано, что при взаимодействии Бхл в как с п- .r. : бензопшоном, так и с убихиноном образуемся окисленная форма l . '!

пигмента с поглощением в области 450 нм, а отличие от формы --430,¿соответствующей, окисленному состоянию Бхл Исследование ..'.'.-' природы продуктов обратимого фото окисления Ехл в хиновамя, проведенное с помощь» метода ЭПР, доказало радикальный меха- ■.■-." ниэм этих реакций; представляло интерес сравнить свойства радикальной окисленной формы Ехл £ о известными свойствами катион-радикала; Ехл ц.Нужно отметить, что радикальная"окисленная форма Бхл ¿ до сих пор не была обнаружена в модальных системах вследствие, ее нестабильности ( ОЫпсъ >1976), а обнару- : > ; ■

женный сигнал катяол-рашсада (Ким и др., 1975) принадлежал продукту иообрагйыого охисденяя Бхл ;.'. : ■ /

Вами'было установлено, что при окислении Ехл £ как п-бен- ' зохиноном, так иубюсиноном на свету возникал сяпглетшй сиг-вал ЭПР со следующими характеристиками: д » 2,0025 и д Н=13 э, . г который, наблюдался в.' интервале температур от -КО до 0°, -Недов- : но опубликованные результаты исследования фейдкера ( 'Ясубиейсс?., , 1976) согласуются^ нааини. .:■*'■-.,

Полученные данные.свидетельствуют о том, .что Бхл £ и £ \ ; ' дают, сходные синглетпые•сигналы ЭПР, однако длительность жизни "их суцествешю*различалась:• катиоп-рашекальная''форма Бхл £ :■./. "обнаруживала значительную нестабильность по срашеяию' с':■аналогичной формой Ехл а Отсюда следует, что радикальные свойства : . продуктов окисления соответствуют фотохимическим свойствам 1 >тих пигментов; которые, как указывалось выше, обладают сход-вш строением молекул. ■, ! VV .-'■'-'

.'у.', Бактериохлорофилл £ , также как и Ехл §, обнаружил способг ность к обратимому фотоазаимодействию с убихинонамя в мицелляр- : них'растворах детергентов, т.е. в условиях, где пигменты иахо- •

■ днтся в состоянии, приближенном к натяввому. В двойных системах V ' (Ехл д - убшсинон^светоивдуцированше изменения поглощения на- ' блюдалк также, как и в органических растворителях, пря 450 нм,, что соответствует полосе поглощения окисленной формы пигмента.

. -л В тройных системах, моделирующих участок электротранспорт- • ной цепи, функционирующей в клетках бактерий , Ехл ^ обнаружил . способность к фотосенсибидизировааноыу перено сУ электрона от до-

нора (восстановленного:дихлорфенолиыдофенола (ДХФИФ) к:акцептору •(ублхинону). Окислительную природу фотопревращений Ехл да этих . системах подтверждала зависимость величины дД от концентрации акцептора электрюна. .•' ; у-.". ^■S'.'^tV-;;^'

VПри изучении светоинцуцированных превращения Бхл л в сос- ; таве реакционных; центров бактерий ЙЯ. vitiUiS (Pqqo^ <*ыл0 обнаружено влияние ва{величину д Л экзогенных доноров, и акцепторов электрона (восстановленного ДХ51®,' аскорбата ватрия.уби-хинона), которое свидетельствовало также об окислительном мв-: ханизме фотореакций Ехл 5 в реакционных центрах.• ' . .. .

/ Таким образом, можно проследить'как элементарный меха-: низм фотоокислительных реакций 'Ькл'.'в в модельных, системах различной сложности реализуется в световых реакциях исследуемого пигмента.',-. . : /У; :'-■/';. "Д.. "л"'''"';

: Наиболее значительные.различия в'поведении бактеряохлоро-филлов а и jj мы обнаружили при изучении агрегации этих пигмея-;' .тов в твердых пленках. Как швестно, .в таких модельных сиогё-; ',. мах, как твердые пленки; монослои и коллоидные растворы, имитируется состояние 'пигментов в клетках фотосинтезцруюших организмов. Было;показано (Красновский я др., 1972), что Бхлаоб-' разует в твердых:пленках длинновожоше форш, .соответствующие -' существующим ta vivo . Однако,' в ваших опытах, при агрегаций } в твердых пленках Бхл g достигал максимума поглощения при • А « 910 нм я/флуоресценции при Л = 975 ш, тогда как в клетках бактерий Бхлд существует лишь в виде одной формы с поглощением при 1020 нм, а реакцпонный-центр"обладает поглощением.в области 960 нм. Таким образом, . в .твердой-пленке за счет пигмент—пигмент ного взаимодействия нам не удалось'моделировать состояние Бхл j 2 клетке (форму ,1020 нм),' а' полученная длинноволновая форма Т пигмента, очевидно,, болееsблизка к'состоянии молекул Ехл j в " реакционном ;ценгре бактерий (1950)* Ш предиолагаем, что в молекулярную. организацию антенны- Бхл £ этого вида бактерий вносят большой вклад взаимодействия пигмента с другими компонентами /. . клетки (бедками, ¿ипидамя),лчго^и-опредедоет. такое длинноволновое' поглощение этой форш пигмента (1020 нм). В го жевремя,,',

. пи£мент-пигментно в взаимодействи е может бытьответсгвенньш за ■>'■■'

агрегацию молекул Бхл 5 в составе.реакционного центра.

В последнее время в литературе опубликованы данные, евз- • • детельсгвушие об участии бактершфеофитина в первичных свето-•• вых реакциях бактериального фотосинтеза. Роль Бф заключается ,

в том, что,он может быть акцептором электронов, от соответствую; щего Ехлпри первичном разделении, зарядов. В связи с этим о со- " ' бую' актуальность приобретают результаты, полученные при изучении фотовосстановления Б$ g и Бхл ¿ в модельных системах, а Токио полярографического изучения этих пигментов. Анализ полу-чешшх результатов приводит к заключению, что Бф g при восстановлении дает более глубокие • спектральные изменения по сравнению с Бхл g и сигналы ЭПР с .хорошо разрешенной сверхтонкой структурой (СТО). Наличие CTG у радикальной восстановленной ^ формй Бф g свидетельствует о том, что уменьшение симметрии молекулы в них по сравнению с высокосиша етричной молекулой Бхл g приводит к изменению'фотохимической активности пигмента, струк- • туры а свойств образующихся продуктов. Характер спектра ЭПР '.-.■, Л _ : " свидетельствует о том, что неспаренный электрон в радикальном ..';;.'■. продукте восстановления Бф g локализован; локализация несла- ;■ рённого элекг^юна приводит к стабилизации радикального состояния. -J ^ "v . ' ; : ■;.■';1 Г.- ■';■'■' '. ;,'' .,'!■ '"Л""

; Полученные. результаты по определению редокс-'сотенциалов. при электрохимическом окислении и восстановлении Бхл £*и его 7 феофитина (таблица I) подтверждают литературные данные о.возможности Бф £ акцептировать электроны от Бхл g при первичном ->: : разделении зарядов в реакционных центрах. Из полученных величин

следует, что"энергии падающего света, которую используют для фотосинтеза бактерии RL viridis, гу=1,29 эв,достаточ- ."

V ноtдля того, чтобы осуществить реакцию переноса электрона от молекулы Бхл g к молекуле Бф.-g ( дБ в 1,03 эв, что составляет 82^ от.энергии падающего фотона).

Д ! Таким образом, сведения, полученные при изучении-пигментов в модельных системах при сравнении их с данными, 'полученными при изучении свойств пигментов в нативном состоянии, спо-- собствуют пониманию и интерпретации сложных процессов первичных v;; фогореакций хлорофилла и его-аналогов в фотохимически активных ' реакционных центрах фотосинтезяруюзжх организмов. г„'

.¿У:4'• ВЫ воды

j'V-' ; ■.■ I. Исследованы'световые превращения пигмента фотосинте-. '.зирующих бактерий -бактериохлорофшиа § при взаи- ■■

: ' модействии с донорами н'акцепторами электрона в модельных сис-

' темах различной сложности;' • •; . ■■■х

-Г■ 2. Обнаружена' способность бактервохлорофилла fl к необра- , '-};.' 'А :; ■ тимому и обратимому фотоокислени». Сравнительное изучение фото. : окисления бактериохлорофиялов 5 и а показало, что при необра-."'U'. •:. тимом окислении кислородом и'хинонами существуют различия "Лг • механизме н составе продуктов реакции,- связанные с различиями

в строении молекул обоих питаептов.Установлено, что при обра- •■¡■f-''-О-тгмом окислении бактериохдорофидлов ij и § хшсыами оба нигмен- .■- ■ -w - та образуют сходные продукты, обладающие радикальной природой. ■J: \-\j" ■';" Обнаружена катион-радикальная форма бактериохлорофилла $ со '^v. следующими характеристиками: ДН = 13 2,0025. ; '! •' . .

i-, ■'■ v,:'-^'-" Э. В тройной системе, моделирующей участок электронтран- . снортной цени' бактерий,. обнаружено фото сенсибилизирован нов бак-; < ; я',: териохлорофидлом' й фотоокисление во остановленного дихлорфено-

Л Г линдофенола убдхиноном.'.!* '..■■"р;' ■

i.! 4. При световом взаимодействии бактеряохлорофялла д и его-• .;.. феофятсна с сульфидом натрия получены восстановленные формы ' " • .■;';:■ обоих пигментов (с максимумами поглощения при 670 и 650 нм со. . ответственно)»-'имеющие:радикальную природу и,отличающиеся по д-' радикальным свойствам, '."Ц-. 'с.;^; - .V' --.у г:;

■"v-vv 5. IIa основании изучения электрохимического окисления и ; '•;

восстановления бактёриохлорофилла g и его феофитина онределе-! : " вы величины редокс-потенциалов катион-радикала бактериохлоро- ' -•• .; .фяллал «= +500 мв в диметилформамиде, ДО$) .и анион-радика- ''. ; ' ; . ла бактериофеофитвна g (Е0 я -530 мв в ДМ5) , . что подтверждает 'возможность''переноса' электрона;от молекул.бактериохлорофилла:^ w . х молекулам" бактериофеофитина'^'при первичном-разделении заря-

• • .дов 'в реакционных центрах бактерий- ИЯ. т/ilicllS, Показано, что : i лi --; редохс-потенциалы; бактераохлорофилла и; смещены в отрицательную: ; ::

-;у. область по сравнению о бактериохлорофиллои а, что связано с не-, '- . пользованием кванта света меньшей энергии,. 1,29 эв, при ". ..

фотосинтезе бактерий Rfi. tribldlS по сравнению с BgoQ = I,43 эв для других видов бактерий, содержащих бактериохлорофилл а,

6* Установлено, что существуют значительные различия в поведении бактериохлэрэфиллов в и 'а при агрегации в модельных системах. В отличие от бактериохлорофилла а, твердые пленки"; которого моделируют состояние пигмента в клетках, в твердых пленках бактериохлорофилл в не обнаруживает длинноволновую форму, ответственную за поглощение пигмента в клетках бактерий RJL viudiZ (1020 нм); агрегированный бактериэхлэрофилл в характеризуется мансжцумами поглощения при 910 нм и флуоресценции При 975 нм. Высказано предположение, что получешцй в модельной системе тигс молекулярной упаковка бактеряэхлорбфклла s ближе к состоянию молекул пигмента в реакционном центре (Рд60).

7."Световые изменения поглощения при 960 нм в препаратах реакционных центров бактерий ЯЯ Pitldis обнаруживают зависимость от экзогенных доноров электрона и активируются экзогенными акцепторами электрона, что подтверждает окислительную природу этих изменений.

8. В заключение следует отметить, что результат^, полученные при изучении фотохимических превращений бактериохлоро-филла в,-позволяют лучше понять механизм подведения этого пигмента в .клетках бактерий - RR. irtHdts а также называют пути использования при фотосинтезе близкого инфракрасного излучения*

' Список работ, опубликованных по теме диссертации

: I. А.А.Красновский,, Н.Н.Дроздова, Е.М.Бокучава (1970). Ступенчатое фотоокисление бактериохлорофилла. Спектры поглощения и флуоресценции промежуточных форм. ДАН 190. JE2, 464-167. "

2. А.А.Красновский, Е.М.Бокучава, Н.Н.Дроздова (1973). Фотохимические онислительно-восстановителыше реакции бактериохлорофилла £ фотосинтезирующих бактерий RRcdonseudomonas vtiidis ДАН 211, М, 981-984.

- 3. Е.М.Бокучава, Н.Н.Дроздова, А.А.Красновский (1974). . Исследование фотоокисления бактериохлорофилла в фотосинтезирующих бактерий Rhodopseudomcnoa viHdis . Биохимия 39, И, 168-196.

2S.

4.A.A. Красbobский. Е.ХПуигеггна, Н.Н.Дроздова(1974). Спек- ' тральные эффекты агрегации баатераохлорофдлда в. ДАН 2Х9Т3, 74&-75I. .'..■:'■•. v/ ; ' '., ~

5.А.А.Красновскпй, Е.М.Цушкна, Н.Н.Дроздова, Н.В.27блвченко» А.В.Умржигаа (1975). Первичные.стадии обратимого фотоокисления, бактерхгохлорофйлла в, ДАН 221, й 6, 1467-1460.

: 6.Н. II. Дроздова,А.В.Уырихина, Е.Ы.Цуасшш, А.А.Красновскиа (1975). Обратное фотоодналенае бактериохлорофяжлов а и в в водном растворе детергентов. Д/Ш 225. й 5, II98-I20I.

7. Н.Н.Дроздова, Е.У.Пушхина (1975). Фоторьакдии боктерио-хдорофдллов а л j с акцепторами электронов. Тезисы доклада на ХП ... М-аадвародноч Бдтачяческои КОгрзссе. Ленинград, 2, 424, -' S. В|П*фаsД983, С1073>» СЗрашоз фатоокаолййм

бйаорао*лоройаа»ви а. я й л подкоп paôïuopù дег&ргойго.- Теаиоу доклада на сиапозцуме "Шлекулярная организация фотосннтетичесного аппарата" совещания СЭВ. Москва,

9. Т1-П, Vixozdoœ, А V Umzaßina, £.n?.?usMifia, 71.г

(Î9?6), Яг ver Sitte pfioTOoxidaiion o{ -fcj-iochCozopfïtfte. / ¿hom pAoiosynifietic ßacier-ia /fâocfcf Stucfo-motias ь-ifidis. W$ntçra.a{ion Con^f-ess on ffio¿ofy dornet,Sä.

10. H.H.Дроздова, Б.А.Кузнецов, Е.М.Цушкша, И.В.Вычегжа-шша; А.А.Красно'вскпа-(1977). СотоЕОсстанбвленде и полярографическое изучение бактераохлорофилла а и его фоофитина. Т&ззсы доклада на сишозиуме "Пигмент-белковые комплексы в фотосинтезе" совещания СЗВ, Сегед," 21.

11. E.H.Дроздова, Е.А.Кузнецова. Н.М.Цестечкина, Г.П.Щуыоко-вяч, Е.И*Д)Гйдяна, агздемск A.A.КрасновскиЯ (1977). а^ектрохимичоо-кое окяаяеаяе и восстановление бант&ряохлорофияла в я его феофитина. ДАН 235, £ 6, 1437-1440.

t-0g>4.3x_ot_g/4-ig^§_r._____„_„__2sïîi.s2â_______

.. ' -, Типография ХОЗО Госплана СССР