Проблемы оптимизации структуры светособирающих суперантенн фотосинтезирующих зеленых бактерий

Зобова, Анастасия Валерьевна

Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему
Проблемы оптимизации структуры светособирающих суперантенн фотосинтезирующих зеленых бактерий
ВАК РФ 03.01.02, Биофизика

Автореферат диссертации по теме "Проблемы оптимизации структуры светособирающих суперантенн фотосинтезирующих зеленых бактерий"

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ М.В. ЛОМОНОСОВА

004613920

Зобова Анастасия Валерьевна

ПРОБЛЕМЫ ОПТИМИЗАЦИИ СТРУКТУРЫ СВЕТОСОБИРАЮЩИХ СУПЕРАНТЕНН ФОТОСИНТЕЗИРУЮЩИХ ЗЕЛЕНЫХ БАКТЕРИЙ

03.01.02-Биофизика

2 5 НОЯ 2010

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Москва-2010

004613920

Работа выполнена в отделе фотобиофизики НИИ физико-химической биологии имени А.Н. Белозерского Московского Государственного Университета имени М.В. Ломоносова

Научные руководители: доктор физико-математических наук

З.Г. Фетисова

кандидат биологических наук

А.С. Таисова

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук, профессор

Чернавский Дмитрий Сергеевич

доктор биологических наук, профессор Карапетян Навасард Ваганович

Ведущая организация: Институт Фундаментальных Проблем Биологии РАН.

Защита состоится 25 ноября 2010 г. в 15 часов 30 минут на заседай Диссертационного совета Д.501.001.96 при Московском Государственном Университе имени М.В. Ломоносова по адресу: 119992, Москва, ГСП-2, Ленинские горы, МГ Биологический факультет, кафедра биофизики, ауд. «Новая».

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Биологического факульте МГУ имени М.В. Ломоносова.

Автореферат разослан 22 октября 2010 г.

Ученый секретарь Диссертационного совета кандидат биологических наук

М.Г. Страховская

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Вся биосфера Земли своим существованием прямо или косвенно обязана процессу фотосинтеза, в результате которого энергия света, поглощенного фотосинтезирующими организмами, запасается в виде энергии химических связей. Поэтому актуальность выяснения механизмов первичных стадий фотосинтеза и принципов структурно-функциональной организации фотосинтезирующего аппарата, ответственных за высокую эффективность первичных роцессов конверсии энергии света в фотосинтезе, - очевидна.

!ель и задачи исследования. В соответствии с выдвинутой ранее концепцией (Фетисова, >ок, 1984), целью настоящего исследования являлся поиск принципов оптимизации груктурно-функциональной организации природных светособирающих неоднородных уперантенн, сформированных однородными субантеннами, у двух семейств зеленых актерий, СМого/1ехасеае и ОхсШосЫоМасеае. Задачами настоящего исследования мялись: (1) теоретический поиск принципов организации оптимальных зетособирающих систем, моделирующих структуру и функционирование природных тгенн; (2) целенаправленный экспериментальный поиск в природных антеннах руктурпых свойств, которые были теоретически предсказаны для оптимальных одельных систем.

аучная новизна и практическая значимость работы. В настоящей работе получены звые данные, подтверждающие выдвинутую ранее концепцию жесткой оптимизации •руктуры фотосинтезирующего аппарата по функциональному критерию. С ¡пользованием математического моделирования функционирования природных ¡однородных суперантенн, состоящих из однородных субантенн, впервые показаны »зможные способы оптимального сопряжения этих однородных субантенн, состоящие в ) оптимизации взаимной ориентации векторов дипольных моментов (^.-переходов 1гментов соседних субантенн и (2) оптимизации спектрально гетерогенного состава бантенн. Экспериментально подтверждена найденная нами теоретически модель [тимальной ориентации диполей (2У-переходоп пигментов субантенны, сопрягающей юросомную и мембранную субантенны в суперантенне зеленых бактерий семейства УогоАехасеае. Теоретически обосновано и экспериментально подтверждено ществование дополнительной субантенны в суперантенне зеленых бактерий семейства ;сШосЫоМасеае. Результаты проведенного цикла теоретических и эксперименталь-IX исследований важны с точки зрения как фундаментальных исследований, так и

шнятые сокращении БХл - бактериохлорофилл; Б740, Б750, Б798, Б805, Б808, Б860, Б866

БХл с/а -субантенны с указанными максимумами поглощения БХл с/а в Голижней фракрасной области; ФСЕ - фотосинтетическая единица; РЦ - реакционный центр. |

проблемы создания оптимальных искусственных светопреобразующих систем.

Апробация работы. Материалы диссертации были представлены на трех Международных конференциях: "Light Energy Conversion in Photosynthesis" (Puschino, 2008) ; The 3-rd Conference on Computational Molecular Biology" (Moscow, 2009); The 15th International Congress of Photosynthesis (China, 2010).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 7 печатных работ, в том числе 2 в рецензируемых журналах.

Структура диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, обзора литературы, описания материалов и методов исследования, изложения и обсуждения полученных результатов, выводов и списка литературы. Объем работы составляет 138 страниц, в работе содержится 26 рисунков и 7 таблиц. Список литературы включает 161 источник.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Материалы и методы Объекты исследований. Объектами исследований были фотосинтезирующие бактерии, представляющие два семейства зеленых аноксигенных фототрофных нитчатых бактерий, Chloroflexaceae и Oscillochloridaceae: термофильные бактерии Chloroßexus (С.) aurantiacus, штамм Ok-70-fl (коллекция Лейденского университета, Нидерланды) и мезофильные бактерии Oscillochloris (О.) trichoides, штамм DG-6 (№ 327 КМ МГУ).

Культивирование зеленых фототрофных бактерий С. aurantiacus и О. trichoides. Культуры С. aurantiacus выращивали в анаэробных условиях при 55°С на стандартной среде (Pierson, Castenholz, 1974) при интенсивности света -500 Вт/м2 . Выращивание культур О. trichoides проводили в анаэробных условиях при 30°С на модифицированной среде (Keppen et al., 1994) при интенсивности света 200-500 Вт/м2.

Выделение хлоросом-мембранных комплексов С aurantiacus и О. trichoides. Хлоросом-мембранные комплексы выделяли из клеток по методу Ма с соавт. (1996).

Выделение хлоросом С. aurantiacus и О. trichoides. Выделение хлоросом проводили в двух последовательных непрерывных градиентах концентрации сахарозы (55-20% и 45-15%) в присутствии тиоцианата натрия и аскорбата натрия, по модифицированной методике Gerola, Olson (1986).

Щелочная обработка изолированных хлоросом: селективное удаление БХл а субантенны из хлоросом С. aurantiacus и О. trichoides. Щелочную обработк; хлоросом проводили по методу Sakuragi et al. (1999): к суспензии хлоросом в 10 м1\ фосфатном буфере с pH 7.0 добавляли 0,1 объёма 10 М NaOH и 30 минут инкубировал! при 40°С, после чего добавляли два объёма 1,0 М фосфатного буфера с pH 6.0. Хлоросомы осаждали центрифугированием при 180000 g в течение 90 минут при 4°С.

Электрофорез в полиакриламидном геле с додецилсульфатом натрия: идентификация состава белков в хлоросомах С. aurantiacus и О. trichoid.es. Для

высаждения белков хлоросомы обрабатывали ацетоном при -20°С. Белки собирали центрифугированием и солюбилизировали в типовом буфере. Образцы прогревали при 100°С и наносили на гели, содержащие 16.5 и 4% акриламида в качестве разделяющего и концентрирующего гелей (Schagger, van Jagow, 1987).

Оптическая спектроскопия. Спектры поглощения (при 295К) и флуоресценции (при 295К и 77К) образцов измеряли на спектрофотометрах Hitachi-557 и Hitachi-850. Идентификацию пигментов в образцах проводили по методу Feick et al. (1982).

Дифференциальная абсорбционная спектроскопия с фемтосекундным разрешением. Дифференциальные (свет-темнота) поляризационные спектры поглощения хлоросом измеряли с помощью созданной в НИИ ФХБ имени А.Н.Белозерского МГУ лазерной системы, генерирующей линейно поляризованные импульсы с максимумом 800 нм (частота повторений 15 Гц), с полной шириной на полувысоте 15-40 нм и длительностью импульсов 50-100 фс. Угол между векторами оляризации возбуждающего и зондирующего лучей составлял либо 0°, либо 90°. '.аждый спектр был получен путем усреднения 50000 измерений и состоял из ~ 400 очек. Типичные величины ДАшк составляли 10"5—104 OD. Оптическая плотность бразцов составляла 0.5-1.0 в 1-мм кювете. Плотность энергии возбуждения ~ 10'2 отонов/см2 в импульсе. Измерения проводили при комнатной температуре.

Математическое моделирование миграции энергии по суперантенне зеленых актерий. Основываясь на данных электронно-микроскопического анализа тонких эезов клеток С.aurantiacus (Oelze, Golecki, 1995) и О. trichoides (Taísova et al., 2002), эзволивших оценить толщину базовых пластинок хлоросом (3-4 нм), исследованиях греноса энергии возбуждения между субантеннами C.aurantiacus и современных юретических представлениях о природе этого процесса, перенос энергии между ними штали индуктивно-резонансным (Causgrove et. al., 1992, Savikhin et al., 1996, Yang, leming, 2002; Shibata et al., 2009). Для различных моделей суперантенн вычисляли [)фективность этого процесса, в качестве меры которой рассматривали относительную ¡личину времени t захвата 90% энергии возбуждения терминальной акцепторной 'бантенной мембраны при возбуждении олигомерной субантенны хлоросомы. Для счетов времени t использовали метод матриц вероятностей (Fetisova et al., 1989).

Результаты и обсуждение

Первичные процессы фотосинтеза in vivo чрезвычайно эффективны благодаря гсткой оптимизации структуры фотосинтезирующего аппарата по функциональному !итерию (Фетисова, Фок, 1984). Структура больших ФСБ оптимизирована по многим

структурно-функциональным параметрам. Большинство структурных оптимизирующих факторов увеличивает скорость миграции энергии по антенне. Однако даже значительное увеличение этой скорости само по себе еще не обеспечивает столь же значительного увеличения скорости передачи энергии к РЦ. Эта задача решается in vivo с помощью одного из оптимизирующих факторов - спектральной гетерогенности антенны, которая является единственным способом создания направленного переноса энергии к РЦ. Однако, наличие неоднородных суперантенн, состоящих из нескольких однородных субантенн, ставит задачу оптимального сопряжения этих субантенн. В представленной работе эта задача решалась для зеленых фотосинтезирующих бактерий, обладающих самыми большими светособирающими антеннами.

Зеленые фотосинтезирующие аноксигенные бактерии включают три семейства: Chlorobiaceae (зеленые серные бактерии) и два семейства зеленых нитчатых бактерий, Chloroßexaceae (Pierson, Castenholz, 1992; Triiper, Pfennig, 1992) и новое семейство Oscillochloridaceae, основанное в 2000 году (Keppen et al., 2000). Светособирающая антенна ФСЕ этих бактерий содержит несколько субантенн, пути переноса энергии возбуждения между которыми представлены ниже в виде общих схем: Chloroflexaceae: Бхл с Б740 -> Бхл a Б798 -> Бхл a Б808-866 РЦ Р870 ; Chlorobiaceae : Бхл c/d/e Б710-750 -> Бхл a Б795 -> Бхл a Б809 Бхл a Б813 ->

Бхл a Б836 -> РЦ Р840 ; Oscillochloridaceae: Бхл с Б750 ? -> Бхл a Б805-860 ~> РЦ Р870.

В настоящей работе с помощью математического моделирования функционирования светособирающих суперантенн зеленых бактерий из двух семейств - Chloroßexaceae и Oscillochloridaceae - были рассмотрены возможные пути оптимизации этого процесса, предполагающие (1) оптимальное сопряжение ориентации диполей (^-переходов пигментов соседних субантенн в суперантенне C.aurantiacus и (2) оптимальное сопряжение энергетических уровней соседних субантенн в суперантенне O.trichoides.

Поиск оптимального сопряжения субантенн в суперантенне фотосинтезирующих зеленых бактерий семейства Chloroflexaceae

Суперантенна C.aurantiacus локализована в трех субклеточных структурах :

1) хлоросомах, содержащих весь БХл с клетки в виде олигомерной субантенны (Б740),

2) базовой пластинке, содержащей мономерную БХл а-субантенну (Б798), и

3) цитоплазматической мембране, содержащей структурно связанные мономерные (Б808) и олигомерные (Б866) субъединицы БХл а-субантенны Б808-866 (Blankenship et. al., 1995). Перенос энергии возбуждения по суперантенне C.aurantiacus осуществляется в соответствии с термодинамическим потенциалом, В740—>Б798—>Б808-»В866, со 100% -ой эффективностью в физиологических условиях (van Dorssen, Amesz, 1988). Диполи Qy-

переходов БХл с-кластеров субантенны Б740 взаимно параллельны и ориентированы вдоль длинной оси хлоросомы (Fetisova et al., 1988); диполи Qy -переходов молекул субантенн Б808 и Б866 составляют с плоскостью мембраны углы соответственно ~43° и -8° (Vasmel et al.,1986; Novoderezhkin et al., 1998; 1999). Для Б798 не существует однозначных данных об ориентации диполей ^-переходов БХл а этой промежуточной субантенны. В представленной работе проанализирован возможный путь оптимизации процесса переноса энергии Б740->Б798->Б808, состоящий в реализации оптимальной взаимной ориентации диполей Qy -переходов пигментов трех указанных субантенн.

Модельные расчеты

Рассматривали только упорядоченные системы, так как оптимизировать можно олько такие системы. В качестве исходной модели использована бесконечная рехмерная антенна (рис.1), обладающая трансляционной симметрией в направлении сей X и Y, с помощью которой она может быть получена из элементарных фрагментов, редставляющих собой линейные «строительные блоки», параллельные оси Z и одержащие молекулы (или их кластеры) трех однородных субантенн - Б740, Б798 и 808, причем последняя является терминальной акцепторной антенной, занимающей лоскость XY при Z= 0. В верхней плоскости локализована часть субантенны Б740, зляющаяся ближайшей к молекулам субантенны Б798. В соответствии с принятой оделью организации суперантенны зеленых бактерий (Scholes, 2010), мы предполо-или, что три субантенны локализованы в трех параллельных друг другу плоскостях, линная ось хлоросомы совпадает с направлением оси А'на рис1. Взаимная ориентация «полей (Зу-переходов молекул трех рассматриваемых субантенн (БХл с-олигомеров 740 и молекул мономерных БХл а-субантенн Б798 и Б808) определяется углами а, р, =а-Р и <р (см. рис.1). Перенос энергии возбуждения между соседними субантеннами 740-»Б798 и Б798->Б808 считали индуктивно-резонансным (см. выше). В этом случае 'órster, 1948, 1965) вероятность передачи энергии электронного возбуждения в единицу )емени от i-го узла решетки (донора) к j-му (акцептору), Р,р зависит от расстояния Ry гжду геометрическими центрами передающего и принимающего диполей (как К6„), их аимной ориентации, т.е. ориентационного фактора kt¡ (как к2^), спектров поглощения и оминесценции донора и акцептора и параметров среды (показателя преломления среды i участке взаимодействия донорно-акцепторной пары, п0). Заметим, что величины жазателей преломления среды n¡2 и л23 и расстояний Д,2 и R2з (см. рис.1) in vivo не ;вестны. Однако, в наших расчетах абсолютные величины этих параметров не могут ,1ть использованы принципиально, так как используемый метод матриц вероятностей, [ерирующий величинами вероятностей P¡j, изменяющимися от 0 до 1, позволяет гчислять время лишь в некотором условном масштабе, который определяется не

абсолютными величинами P¡j, а лишь их соотношением, в частности, Р\г/Рг\ и PvJPiз-Поэтому мы провели широкое сканирование соотношения вероятностей PyJPiз, достигающееся формальным четырехкратным изменением параметра у = RuIRn, (при Ri3=const), вклад которого в изменения соотношений Рц/Рн рассматривали как суммарный эффект возможных вариаций всех неизвестных параметров ш vivo. Расчеты проводились при 0.5 < у <2.

В соответствии с выводами предыдущих работ (Кпох, 1977; Fetisova et al., 1989, 1992, 1996; Novoderezhkin et al., 2001), субантенну Б740 рассматривали как агрегат БХл с-кластеров (олигомеров) с сильной межмолекулярной связью в пределах каждого кластера и слабой связью между молекулами соседних кластеров. Поэтому каждый кластер рассматривали как единый передающий или принимающий диполь, что правомочно в пределе малого размера агрегата, т.е. при Naep<Nc, где Nc - критический размер агрегата. Для агрегатов фотосинтетических пигментов Nc «5 (Mukamel, 1995; Novoderezhkin et al., 1999). Наши расчеты проведены для агрегатов размером ;V=4 (Novoderezhkin et al.,2001; Valentin et al., 2002; Yakovlev et al., 2002). При моделировании спектров поглощения и флуоресценции субантенн использовали их природные спектры (Yakovlev et al., 2002; Yueyong et al., 2005). Для моделей, представленных на рис.1, вычисляли эффективность передачи энергии возбуждения Б740—>Б798-»Б808 при начальном возбуждении БХл с. В качестве меры этой эффективности рассматривали относительную величину времени (t) захвата 90% энергии возбуждения субантенной Б808, рассчитанного методом матриц вероятностей. Субантенну Б808 считали необратимой ловушкой (Vasmel et al., 1986).

Рис. 1. «Строительный блок» модельной бесконечной трехмерной суперантенны, построенной из трех однородных субантенн: Б740, Б798 и Б808. Диполи Б740 - взаимно параллельны и ориентированы вдоль длинной оси хлоросомы (оси X). a-угол, образуемый проекцией вектора диполя Б798 на плоскость субантенны и осью X ; <р - искомый угол наклона диполя Б798 к плоскости субантенны (мембраны) ; ß - угол, образуемый проекцией вектора диполя Б808 на плоскость субантенны и осью X ; диполь Б808 составляет с плоскостью мембраны ~ 43° ; ае[0°;90°); ipe(-90°; 90°); ßs[0°; 180°].

Эффективностью функционирования моделей рис.1 можно активно управлять, варьируя взаимную ориентацию соседних диполей, т.е. величину ориентационного фактора, изменяющегося от 0 до 4 (Галанин, 1999). Ориентационные факторы k2l2 и для процессов Б740—>Б798 и Б798—>Б808 в моделях рис.1, описываются уравнениями:

^12 = (cos а х соэф)2 и /^2з ~ (cos 43" х cos А х cos ф — 2 sin 43" * sin <р)^

(IX

в которых константы определяются известным углом наклона диполя Б808 к плоскости мембраны (43°) ; а - угол, образуемый проекцией вектора диполя Б798 на плоскость

субантенны и осью X ; угол Д = а - р определяет взаимную ориентацию проекций векторов диполей Б798 и Б808 на плоскости субантенн ; угол <р определяет искомый угол наклона диполя Б798 к плоскости субантенны. В силу симметрии функций в уравнениях (1), расчеты времени переноса энергии t(a,A,ip) проводили для Де [0°; 180°]; ае [0°; 90°); фб (-90°; 90°). Уравнения (1) определяют общее поведение функции /(а,А,ф): для любой пары значений параметров а и Д график функции t(ip) должен иметь две ветви U-образной формы, каждая из которых имеет по две асимптоты, одну — общую для обеих ветвей, находящуюся в интервале <р=<рае [+28.2°; -28.2°], вторую - при ф=фа= 90° для одной ветви и ф=фа= -90° - для другой. Кроме того, прямая <р=0° является осью зеркальной симметрии для графиков /(а,Л,<р) и /(а,180°-Д, -ф). Сказанное иллюстрирует рис.2, где для у=0.5 приведены два примера расчетной зависимости t б740->б798->б808 (ф) Для ,вух пар параметров: а=0°,Д=0° и а=0°,Д=180°.

t,aтнед А i,спнед Б

70 60 50 40 30 20

<Ра=-90°

0° J..........I.

?>а=28.2° pa=90°

а =0° Д=0°

70 60 50 40 30 20

<р,=-90° <р,=-28.2'

а =0° Д=180°

9>,=90°

-90-60 -60-40 -20 0 30708090 Р.Чт

Фмйн

-90 -Я) -70 -30 0 20 40 60 8090 <Р,цт

'ис. 2. Расчетные зависимости относительной величины времени I переноса энергии юзбуждения Б740->Б798—>Б808 в модели рис.1 от искомого угла <р для параметров а=0°, (А) и а=0°, Д=180° (Б). Обозначения см. в тексте. Расчеты проведены при у=0.5. Ъризонтальная пунктирная линия показывает относительную величину времени /г (ерсноса энергии возбуждения в той же модели при хаотичной ориентации диполей Б798 в рехмерном пространстве.

Минимальному времени переноса энергии Б740—>Б798—»Б808 соответствует главный сстремум расчетной зависимости ((а,Д,ф), /„„„, который определяет величину фМ1Ш(а,Д). рассматриваемом случае фми„(а=0°, Д= 07180°) = ±56°, при этом время /мин - заметно еньше времени /г , соответствующего тому же процессу переноса энергии при ютической ориентации диполей Б798 в пространстве : (г/ /„„н > 3 (см. рис.2).

Для решения поставленной задачи были рассчитаны параметрические семейства 1Висимостей г((р) при всех возможных вариациях параметров а и Д в заданных пределах эи 0.5 < у <2. В рассмотренных моделях максимальная скорость передачи энергии 740—>Б798->Б808, т.е. минимальное время этого процесса, (ми„ , определяет соответст-/ющее ему значение искомого угла ф„ин, т.е. угла наклона БХл а-диполей к плоскости

субантенны. Оптимальное значение t0пт должно удовлетворять двум требованиям: <опт< t, и tonl должно быть устойчивым к тепловому движению молекул. Мы полагали, что система устойчива, если значения ¿мин(фми„) изменяются не более чем на 20% при колебаниях /р в пределах <р = <рат ± 10°. При этом эффективность описанной оптимизации структуры модельной суперантенны оценивалась соотношением времен t¡ = t, / tonT . Расчеты позволили определить устойчивую ориентацию диполей (^-переходов молекул БХл а Б798, минимизирующую время передачи энергии Б740—>Б798-»Б808, которая оказалась различной для трех предельных случаев кинетического сценария передачи энергии от Б740 к Б866, определяемых параметром у. Для у = 1 : <р011Т е± [20°; 32°]; 1.2<т\<1.6 при а<30° и Д<60°. Дляу = 2: фопт е± [0°; 5°]; 1.3<л<1.6 при а<30° и Д<45°. Для у = 0.5 : ф0ПТб± [37°; 70°]; 1.2< л < 3.4 при а < 75° и любом значении Д .

Эксперименты in vivo свидетельствуют о том, что лимитирующей стадией в переносе энергии Б740-»Б798-»Б808 является вторая стадия (для обзора см. Schmidt, Trissl, 1998), что в приведенных выше расчетах соответствует параметру у = 0.5. Расчеты показали, что именно этот случай (в сравнении с двумя предыдущими) не имеет ограничения по Д при максимальном диапазоне возможных значений а и обладает максимальными значениями r¡ (см. также табл.1).

Таблица!. Зависимости <ркяи(а, Д) и t¡ = tr/tUUH(a, Д) приу=0.5

А, град. « = 0° « = 30° а = 45° а = 75°

Ч фмин » град. 1 мин > град. Ч Çhmh 5 град. 1 Ç'MHH 9 град.

0 3.4 -56 3.3 -55 3.2 -53 2.1 -37

30 3.2 -59 3.1 -57 3.0 -55 1.9 -39

45 2.9 -61 2.9 -59 2.8 -57 1.8 -41

90 2.2 ±70 2.2 ±69 2.0 ±65 >1.2 ±52

Анализ параметрических зависимостей >/(а,Д,(рот) при у=0.5 в найденном диапазоне оптимальных значений <ропт£ [37"; 70°] показал, что середина найденного интервала значений <ропт обладает уникальным свойством, а именно : при <рот ~ 54", близкому к значению магического угла 54.7", эффективность функционирования суперантенны >] (а,Д, с/>опт = 54"±3") практически не отличается от показанной в табл.1 зависимости ^ (а,Д, ^опте[37°; 70°]). В этом случае ориентация БХл д-диполей Б798 в пространстве определяется фиксированным углом наклона этих диполей к плоскости субантенны Б798, т.е. углом <рот~ 54° при любом из рассмотренных значений параметров а и Д , что соответствует максимальной скорости процесса передачи энергии Б740-»Б798-»Б808, т.е. максимальным значениям // г ¿/¿опт = ц (а,Д,^опт).

Таким образом, проведенные расчеты показали, что в БХл а-субантенне Б79£ состоящей из упорядоченных линейных цепочек БХл я-белковых комплексов [Оо51ег£еК

et at., 2010] , искомая ориентация БХл a-диполей, определяемая найденным интервалом оптимальных углов наклона этих диполей к плоскости Б798 (мембраны), (ропте [37"; 70°], соответствует двум различным моделям их оптимальной упорядоченности : (1) В первой модели ориентация БХл a-диполей в пространстве строго определена переменным углом {<рот) наклона диполей к плоскости субантенны, который зависит от углов a и Л : <рОПТ = <рат (а, Д), причем <роат изменяется в пределах ~30-градусного интервала своих значений — р0птб [37"; 70']. Таким образом, эта модель описывает трехосное распределение ориентации БХл а -диполей в пространстве. (2) Во второй модели ориентация БХл a-диполей в пространстве определяется одним параметром — фиксированным углом наклона этих диполей к плоскости мембраны, т.е. углом $зопт=54°±3° при любом из рассмотренных значений параметров a и Д [Yakovlev et al., 2010]. Таким образом, вторая модель описывает одноосное распределение ориентаций БХл a-диполей, хаотично (т.е. — в среднем — изотропно) ориентированных вокруг нормали к плоскости Б798 с углом наклона к этой плоскости q>om~ 54".

Таким образом, расчеты показали, что оптимальное сопряжение ориентаций векторов дипольных моментов (^.-переходов пигментов светособирающих субантенн приводит к устойчивой минимизации времени переноса энергии между ними, что и беспечивает высокую эффективность и стабильность функционирования всей суперан-енны в целом. Это позволило определить круг моделей, соответствующих оптимальной риентации диполей (^-переходов молекул БХл д-субантенны Б798 в суперантенне '.aurantiacus. Заметим, что все выводы сделаны для одиночной хлоросомы.

Недавно методом спектроскопии одиночной молекулы при 13 К было показано, что риентация диполей излучательных переходов БХл а в хлоросоме C.tepidum имеет рехосный характер, а в хлоросоме C.aurantiacus - одноосный (Shibata et al., 2009). Это озволило предположить, что из двух предложенных нами моделей ориентации БХл а-иполей in vivo реализуется вторая модель, что и было исследовано экспериментально.

Экспериментальное исследование ориентации диполей Q¡, -переходов молекул БХл а в субантенне Б798 зеленых бактерий С. aurantiacus

Для экспериментального исследования ориентационной упорядоченности векторов ипольных моментов (^.-переходов БХл а субантенны Б798 C.aurantiacus использовали етод дифференциальной абсорбционной спектроскопии с фемтосекундным 1зрешением. Измерения проводили на изолированных хлоросомах C.aurantiacus при эмощи лазерной системы, описанной ранее (Yakovlev et al. 2002). На рис.3 приведены яфференциальные (свет - темнота) анизотропные спектры поглощения БХл а Б798 юлированных хлоросом C.aurantiacus (верхняя панель), измеренные при комнатной ¡мпературе при прямом возбуждении (^-полосы БХл а Б798, с разной временной держкой с точностью до 1 фс. Угол между векторами поляризации возбуждающего и

зондирующего лучей составлял 0° (параллельная составляющая спектров, Ап) или 90° (перпендикулярная составляющая спектров, Ах). Соответствующее распределение значений параметра анизотропии сигнала г(к) = (Ац -Ai) / (Ап +2AjJ по Qy-aomce поглощения БХл а субантенны Б798, вычисленное из спектров, измеренных при разных временных задержках (от 200 фс до 100 пс), показано на нижней панели. Рис. 3 демонстрирует мономерную природу БХл а. Параметр анизотропии r(\) = const по всей (2,,-полосе поглощения БХл а субантенны Б798, а его значение изменяется от максимально возможного, г =0.4 (при задержке 200 фс) до г = 0.1 (стационарное значение).

Рис. 3. Верхняя панель: Анизотропные дифференциальные (свет - темнота) спектры Qy-полосы поглощения БХл а субантенны Б798 изолированных хлоросом C.auranliacus, измеренные при комнатной температуре с разной временной задержкой (от 200 фс до 100 пс) при прямом возбуждении ^-полосы поглощения БХл а (>^оз6=800 нм). Нижняя панель: Распределение значений параметра анизотропии г(к) = (Ац -Ах) / (Ац +2АХ) по (^-полосе поглощения БХл а, вычисленное для соответствующих спектров, приведенных на верхней панели. Значения г(\) получены усреднением 50000 спектров.

В теории поляризационной спектроскопии, развитой для анализа ориентации антенных пигментов пурпурных бактерий (Parson, 1999; Novoderezhkin, van Grondelle, 2002), выведено аналитическое выражение г(<р) для зависимости стационарного значения параметра анизотропии (г) при одноосной ориентации диполей (^.-переходов поглощения мономеров БХл а от угла {<р) наклона диполей к плоскости антенны при их хаотичной ориентации вокруг нормали к этой плоскости:

Нч>) = (Ап — Ai)/(An +2Ах) = 0.1 (3 cos2 <р- 2)2 Эта теоретическая зависимость (рис.4) применима к анализу приведенных выше поляризационных дифференциальных спектров ^-полосы поглощения БХл а субантенны Б798 изолированных хлоросом C.aurantiacus, измеренных с целью экспериментальной проверки предложенной нами для этой субантенны модели оптимальной одноосной ориентации БХл а-диполей, хаотично (т.е. - в среднем -изотропно) ориентированных вокруг нормали к мембране с углом наклона к плоскости мембраны <р0ПТ ~ 54°.

О 10 20 30 40 50 60 70 80 90 (р, град.

Рис. 4. Теоретическая зависимость (сплошная кривая) стационарного значения параметра анизотропии (/■) от угла наклона (<р) векторов дипольных моментов {^-переходов БХл а субантенны Б798 к плоскости базовой пластинки (мембраны) при хаотичной (т.е. - в среднем - изотропной) ориентации этих диполей вокруг нормали к мембране. Экспериментальное значение гжсп показано пунктирной прямой :

г,кСП = (Л„-А1)/(АШ+2Л1)= 0.1

Искомый угол <р , соответствующий экспериментальному значению г = 0.1, оказался равным магическому углу (р = 54.7° (см. рис.4), что хорошо согласуется с предсказанным теоретически в наших модельных расчетах оптимальным значением угла <рш,т ~ 54°.

Таким образом, представленные результаты подтвердили концепцию жесткой оптимизации структуры фотосинтезирующего аппарата по функциональному критерию.

Поиск оптимального сопряжения субантенн в суперантенне фотосинтезирующих зеленых бактерий семейства ОзсШосЫопЛасеае

Светособирающая суперантенна О.гпс/юш'ех локализована в отдельных субклеточных структурах - хлоросоме, содержащей олигомерную БХл с-субантенну Б750, и цитоплазматической мембране, содержащей БХл а-субантенну Б805-860, являющуюся, по-видимому, аналогом мембранной субантенны Б808-866 С.аигапНасия, что предполагает сходную топографию пигментов в мономерных (Б808 и Б805) и олигомерных (Б866 и Б860) компонентах этих мембранных субантенн (рис.5).

- 750

- /М1\ 860

/ \ / ! \W\805 А / fCIl / У w"" \ '

1 1 . -1 . V 1 1.1.»

300 400 500 600 700 800 900 Длина волны, нм

Рнс. 5. Спектры поглощения (сверху вниз) интактных клеток O.trichoides и изолированных из них хлоросом-мембранных комплексов, хлоросом и мембранной фракции Б805-860, в которой полоса с пиком 750 нм обусловлена наличием остатков хлоросом. Пики 750 нм смещены по ординате друг относительно друга.

Электронно-микроскопический анализ тонких срезов клеток O.trichoides показал,

что хлоросомная и мембранная субантенны разделены четко видимой пластинчатой структурой толщиной 3-4 нм (рис.6), похожей по форме и толщине на базовую пластинку в зеленых бактериях двух других семейств, Chloroflexaceae и Chlorobiaceae, содержащую БХл а-субантенну, сопрягающую хлоросомную БХл c/d/e- и мембранную БХл а-субантенны (Frigaard, Bryant, 2006). Однако, в спектрах поглощения изолированных хлоросом O.trichoides, в отличие от хлоросом Chloroflexaceae и Chlorobiaceae, БХл a-компонент не наблюдается (рис.5). Косвенные данные свидетельствуют о наличии в выделенных хлоросомах O.trichoides следовых количеств БХл а, который, однако, может быть остаточным БХл а субантенны Б805-860 (рис.5). Это ставит проблему теоретического обоснования необходимости существования в суперантенне O.trichoides промежуточной БХл а-субантенны Бх для оптимизации переноса энергии от хлоросомной Б750 к мембранной Б805 субантенне (Зобова с соавт., 2010).

Модельные расчеты

В качестве исходной модели использовалась бесконечная трехмерная антенна, обладающая трансляционной симметрией вдоль осей X и Y, с помощью которой она может быть получена из линейных «строительных блоков», параллельных оси Z и содержащих молекулы (или молекулярные кластеры) двух (рис.7, слева) или трех (рис.7, справа) однородных субантенн, хлоросомной олигомерной БХл с-субантенны Б750, мономерной БХл а-субантенны Бх с переменным энергетическим положением 750 нм<Х<805 нм и мембранной мономерной антенны Б805. Б805 играет роль терминальной акцепторной субантенны, занимая плоскость XY при Z= 0. Верхняя плоскость занята БХл с-кластером Б750, ближайшим к акцептору, Б805 или Бх. Субантенна Б750 рассматривалась как агрегат БХл с-кластеров с сильной связью внутри кластера и слабой - между соседними кластерами. Каждый кластер содержал N=5 молекул БХл с, что соответствует пределу малого агрегата (Novoderezhkin et al., 2001), и рассматривался как единая квантово-механическая система.

Расстояния между молекулами соседних субантенн рис.7 можно оценить, исходя из предположения, что гипотетическая субантенна Бх локализована в базовой пластинке, толщина которой in vivo не превышает 4 нм (рис.6), что в совокупности с критериями, использованными при описании переноса энергии между похожими субантеннами зеленых бактерий С.aurontiacus, позволяет предположить индуктивно-резонансный характер переноса энергии в обеих донорно-акцепторных парах (Yang and Fleming, 2002). В этом случае вероятность передачи энергии электронного возбуждения от í-ro узла решетки (донора) к j-му (акцептору), Р,р зависит от расстояния R¡j между геометрическими центрами передающего и принимающего диполей, их взаимной ориентации, определяемой ориентационным фактором ktJ , спектров поглощения и люминесценции донора и акцептора и параметров среды (показателя преломления среды

Y Y

Рис. 6. Электронная микрофотография ультратонких срезов клеток О.trichoid.es. Обозначения: ХЛ - хлоросома; БП - базовая пластинка. Бар - 100 нм.

Рис. 7. Модели бесконечной трехмерной антенны, обладающей трансляционной симметрией в направлении осей X и Y, с помощью которой она может быть получена из i элементарных фрагментов, представляющих собой линейные одномерные антенные «единичные строительные блоки», параллельные оси Z и содержащие молекулы (или молекулярные кластеры) двух (слева) или трех (справа) однородных субантенн: хлоросомной субантенны Б750, гипотетической субантенны Бх с переменным энергетическим положением 770 нм<Х<805 нм и мембранной субантенны Б805, играющей роль ловушки.

на участке взаимодействия донорно-акцепторной пары, л,у) (Förster, 1965). Величины ориентационных факторов к\2 и к2} , показателей преломления среды п\2 и п2з и расстояний R\2 и R2з (см. рис.7) для суперантенны O.trichoides in vivo не известны. Однако, в наших расчетах абсолютные величины этих параметров принципиально не могут быть использованы, так как метод матриц вероятностей оперирует величинами вероятностей Р,р изменяющимися от 0 до 1, и позволяет вычислять время лишь в некотором условном масштабе, который определяется не абсолютными величинами Pip а их соотношением, в частности, Р\21Р2\ и Р\21Р2з ■ Поэтому мы использовали широкое сканирование соотношения вероятностей PvJP2 з, достигающееся формальным четырехкратным изменением параметра y^Rn/Rii (при постоянном Л!3), вклад которого в изменения соотношения Р\21Р2з рассматривался как возможный суммарный эффект I вариаций всех неизвестных параметров in vivo {к, п и R). Все расчеты проводились для 0.5<у<2. Спектры нативных субантенн O.trichoides (рис.5 ; Taisova et al., 2002) i моделировали спектры субантенн Б750 и Б805. Соответствующие спектры для субантенны Бх были выбраны исходя из предположения, что субантенна является мономерной, а ее спектральные характеристики подобны таковым для мономерной БХл а-субантенны Б798 зеленых бактерий C.aurantiacus (Taisova et al., 2002; Montaño et al., 2003). В качестве меры эффективности процессов Б750—>Б805 и Б750—>Бх-»Б805 рассматривалась относительная величина времени (í) захвата 90% энергии возбуждения субантенной Б805, рассчитанного методом матриц вероятностей (Fetisova et al., 1989).

300 200

«i *

ш 70 x =

° 40

SSbS®........................................

------0.5

•■0.7 -— 0.8 -1 --1.2 -1.5 --2

y=2J>

10 -

у = 1.0 é 14

\ 1 JL 13 S

* f.. — Ü5-

'••.. 1 12 t

i 11 ю o

ra 10 ^

—ae- X a id g T O 81 К

ro. i * 4-j

--'ti'

15"

765 770 775 780 785 790 795 800 805 Xg^.HM

Рис. 8. Зависимости относительной величины времени переноса энергии Б750—»Бх—»Б805, *Б75о->Б1-»ыо5 (левая ордината, тонкие линии), и минимального времени этого процесса, t mid<e75o-.ei—esoí (правая ордината, жирная кривая), от энергетического положения (>.Ех) промежуточной субантенны Бх (770 нм<А.Вх<805 нм) при 0.5< у < 2. Пунктирная прямая *Б75о->юо5 соответствует времени прямого переноса энергии Б750—>Б805.

На рис.8 показано параметрическое семейство кривых, каждая из которых представляет собой расчетную зависимость относительной величины времени (t) переноса энергии возбуждения Б750—>Бх-»Б805 от энергетического положения (Х.Бх) гипотетической субантенны Бх (770 нм<ХБх<805 нм), т.е. ¿б750-»бх->б805(^бх) при различных значениях параметра у. Пунктирная прямая соответствует времени прямого переноса энергии возбуждения от Б750 к Б805, íB75o-»bso5- Эффективность описанной оптимизации структуры модельной суперантенны по функциональному критерию оценивалась соотношением времен : ц = foso-ssos / '"""kso-bx-bsos (табл.2).

Таблица 2. Эффективность оптимизации структуры /?=/В750-.б805/¿""kso-bx-esos при 0.5 <у < 2

1 4 7 12 18 26 30 28

^Бх (' Б750—*Бх—»Б8О5), HM 801 801 801 799 795 787 778

У 0.5 0.7 0.8 1.0 1.2 1.5 2.0

Расчеты (см. рис.8 и табл.2) показали, что

(1) время прямого переноса энергии возбуждения ?б750->б805 существенно больше (в 3-30 раз), чем время * б750->бх-»б805 при наличии гипотетической промежуточной субантенны Бх с любым энергетическим положением Х.Бх в исследованном диапазоне, 770нм<),Ех<805нм;

(2) каждая параметрическая кривая <Б750->бх->б805(^бх) демонстрирует наличие устойчивого индивидуального минимума. Это означает, что при введении промежуточной субантенны Бх, при любом значении параметра 0.5 < у < 2, всегда найдется соответствующий интервал изменений Я.Бх (770нм < А.Ех < 805нм), в котором можно

управлять эффективностью функционирования суперантенны Б750-Бх-Б805-860 путем вариации энергетического положения субантенны Бх ; (3) для каждой параметрической кривой ?б750-*бх->б805(^бх) значение ХБх, соответствующее минимальному времени этого процесса, зависит от параметра у и варьирует в достаточно узком спектральном интервале - от ~800 до ~780 нм, т.е. в пределах ~20 нм, - при увеличении параметра у соответственно от 0.5 до 2.0. Таким образом, увеличение у отвечает за коротковолновый сдвиг 1Бх(/мин); (4) минимум каждой параметрической кривой ("инб750-»би->б805(^бх) соответствует максимальному эффекту оптимизации структуры модельной суперантенны по функциональному критерию, ^Б750-Б805^ Б750-Бх-Б805» КОТОрЫЙ ЗаВИСИТ от параметра у и варьирует от r¡ ~ 4 (при у = 0.5) до r¡ ~ 28 (при у = 2.0); (5) максимальный эффект оптимизации (r¡) путем введения промежуточной субантенны Бх при вариации у от 0.5 до 2.0 достигается для у= 1.5 при ).Бк~7&7 нм и составляет r¡ ~ 30. Интересно отметить, что значительный эффект оптимизации (r¡ = 18 26), близкий к своему верхнему пределу r¡ = 30, достигается в довольно узком диапазоне значений у= 1.0 1.2 при энергетическом положении субантенны Бх в диапазоне 795-799 нм, характерном для аналогичных субантенн двух других семейств зеленых бактерий.

Проведенные расчеты показали, что введение промежуточной субантенны Бх с энергетическим положением в интервале ~ (790-800) нм обеспечивает оптимальное сопряжение энергетических уровней хлоросомной и мембранной субантенн O.trichoides, Б750 и Б805, что приводит к устойчивой минимизации времени переноса энергии от Б750 к Б805, а, значит, и к уменьшению тривиальных энергетических потерь и, следовательно, к увеличению эффективности функционирования всей суперантенны в целом.

Таким образом, биологическая целесообразность существования в суперантенне O.trichoides промежуточной субантенны, сопрягающей хлоросомную БХл с-субантенну Б750 с мембранной БХл а-субантенной Б805-860, теоретически обоснована.

Экспериментальное доказательство существования в хлоросоме зеленых бактерий O.trichoides БХл д-субантенны. сопрягающей хлоросомную БХл с-субантенну Б750 с мембранной БХл а-субантенной Б805-860

Модельные расчеты показали, что наличие промежуточной субантенны БХл а с энергетическим положением в интервале ~ (790-800) нм обеспечивает оптимальное сопряжение энергетических уровней хлоросомной Б750 и мембранной Б805 субантенн О. trichoides, что свидетельствует о биологической целесообразности существования такой субантенны. Это позволило предположить, что обнаруженное ранее наличие в выделенных хлоросомах О. trichoides следовых количеств БХл а свидетельствует о существовании in vivo искомой БХл а-субантенны, локализованной в базовой пластинке хлоросомы О. trichoides.

Для доказательства этого положения была проведена единая серия экспериментов

на идентичных образцах хлоросом из пяти разных посевов культур клеток О. ¡г1сИо1с1е$ : (1) селективное удаление БХл а-компонентов из выделенных хлоросом (при сохранении интактности БХл с-субантенны Б750) - методом щелочной обработки изолированных хлоросом; (2) идентификация состава пигментов в изолированных хлоросомах - до и после селективного удаления БХл а — с помощью (а) спектрального анализа экстрактов пигментов хлоросом и (б) метода низкотемпературной флуоресцентной спектроскопии; (3) идентификация состава белков в хлоросомах О. Мско1(1ез и С. аигапйасиз (в качестве контроля) — до и после селективного удаления БХл а - методом электрофореза в полиакриламидном геле с додецилсульфатом натрия (Зобова с соавт., 2008).

Для селективного удаления БХл а-компонентов из выделенных хлоросом О.trichoid.es (и С.аигапИасия - для последующего контроля результатов) использовали метод щелочной обработки хлоросом, развитый для хлоросом С.аигапИасиз (8акш^1 е( а1„ 1999).

На рис.9 представлены спектры поглощения нативных (сплошная линия) и подвергнутых щелочной обработке (пунктирная линия) хлоросом 0.1пско1с1е5 при комнатной температуре в трис-буфере (А) и в смеси ацетон-метанол (Б).

Длина волны, нм Длина волны, нм

Рис. 9. Спектры поглощения нативных (сплошная линия) и подвергнутых щелочной обработке (пунктирная линия) хлоросом О. 1пскоШез: (А) в 50 мМ трис-буфере (рН 8.0), (Б) в смеси ацетон-метанол (7:2).

В спектре поглощения нативных хлоросом визуально присутствует только полоса поглощения БХл с с пиком ~ 750 нм (как об этом и было сказано ранее : см. рис.5). Поэтому и в спектре хлоросом, подвергнутых щелочной обработке, нельзя было ожидать появления полосы поглощения БХл а , что и демонстрирует рис.9А. Однако, эти эксперименты содержат важную информацию о том, что щелочная обработка не влияет на форму спектра поглощения хлоросомного БХл с.

Присутствие БХл а в хлоросомах 0лпс1ю1(1ез визуализируется в спектре поглощения экстракта нативных хлоросом в смеси ацетон-метанол (рис.9Б), где в ближней инфракрасной области четко видны две полосы поглощения с пиками 663 и 769 нм соответственно мономерного БХл с и мономерного БХл а в этом растворителе. В

спектре же поглощения экстракта хлоросом, подвергнутых щелочной обработке, присутствует только полоса поглощения БХл с (с пиком 663 нм).

Таким образом, при щелочной обработке хлоросом 0.trichoides происходит селективное удаление БХл а с сохранением интактности БХл с-субантенны Б750. Это свидетельствует о наличии в хлоросомах ОЛпсИо1<1е5 пространственно обособленных друг от друга БХл с- и БХл а-содержащих структур.

Приведенные данные о составе пигментов в изолированных хлоросомах ОлпсУю'^ея — до и после их щелочной обработки - получили независимое подтверждение при использовании флуоресцентной спектроскопии. На рис.10 представлены спектры флуоресценции нативных и подвергнутых щелочной обработке хлоросом О.(Г1с1ю1(1е$ (в восстановительных условиях) при температурах 293К и 77К при возбуждении (^-полосы поглощения БХл с = 720 нм).

Длина волны, нм Длина волны, нм

Рис. 10. Спектры флуоресценции нативных (А) и подвергнутых щелочной обработке (Б) хлоросом O.trichoides при температурах 295К (сплошные линии) и 77К (пунктирные линии).

В спектре флуоресценции нативных хлоросом при 293К (рис.ЮА, сплошная линия) наблюдается доминирующая полоса флуоресценции БХл с (с пиком ~ 770 нм) и на ее длинноволновом крыле — слабо выраженное плечо в области ~ 805 нм, принадлежащее флуоресценции БХл а, зарегистрированного в спектре поглощения экстракта нативных хлоросом (см. рис.9Б). При 77 К обе полосы флуоресценции нативных хлоросом - БХл с (с пиком ~780 нм) и БХл а (с пиком ~820 нм) - имеют равные амплитуды, немного сдвигаясь в длинноволновую сторону (рис.ЮА, пунктирная линия).

Однако, в спектрах флуоресценции хлоросом, подвергнутых щелочной обработке (рис.1 ОБ), присутствует - как и ожидалось - лишь одна полоса с пиком ~780 нм, принадлежащая флуоресценции БХл с как при 293 К (сплошная линия), так и при 77 К (пунктирная линия), что находится в полном соответствии с показанным выше (см. рис.9) избирательным удалением БХл а из хлоросом при их щелочной обработке.

Таким образом, наличие в спектрах флуоресценции нативных хлоросом полосы флуоресценции БХл а при возбуждении (^-полосы поглощения БХл с свидетельствует не только о наличии в хлоросомах O.trichoides БХл a-компонента, но и о переносе

энергии возбуждения от БХл с к БХл а , т.е. о функционировании БХл a-компонента в хлоросомах O.trichoides в качестве акцепторной субантенны. Заметим, что БХл а-компонент хлоросом O.trichoides и БХл а Б798 хлоросом C.aurantiacus демонстрируют почти идентичные параметры спектров их флуоресценции как при 293К (пик ~805 нм), так и при 77К (пик ~820 нм) (рис.ЮА; van Dorssen et al., 1986; Mauring et al., 1999).

Для представителей двух других семейств зеленых бактерий - Chloroflexaceae и Chlorobiaceae — известны как состав хлоросомных белков, так и места их локализации. Кроме того, известно, что в их хлоросомах БХл а-субантенна локализована в базовой пластинке хлоросомы и представляет собой комплекс БХл а с определенным белком. Отметим, что C.aurantiacus является к настоящему времени единственным объектом, из которого удалось выделить и подробно охарактеризовать БХл а-субантенну Б798 (Montano et al., 2003). Это открыло возможность сравнительного анализа неизвестного белкового состава хлоросом O.trichoides с известным - в хлоросомах C.aurantiacus. Проведение такого анализа одновременно для нативных и подвергнутых щелочной обработке хлоросом O.trichoides и C.aurantiacus позволяет идентифицировать наличие или отсутствие связи БХл a-компонента хлоросом O.trichoides с каким-либо белком. С этой целью была проведена идентификация состава белков в нативных и подвергнутых щелочной обработке хлоросомах O.trichoides и C.aurantiacus методом электрофореза в полиакриламидном геле с додецилсульфатом натрия (Zobova et al., 2008).

На рис. 11 показаны электрофореграммы нативных и подвергнутых щелочной обработке хлоросом C.aurantiacus (А) и O.trichoides (Б).

В нативных хлоросомах C.aurantiacus (рис. 11 А, дорожка 2) четко выражено наличие трех полос, соответствующих трем основным белкам, обнаруженным ранее в хлоросомах C.aurantiacus : CsmA, CsmM, CsmN с молекулярными массами соответственно 5.7 , 11 и 18 кДа (Sakuragi et al., 1999; Montaño et al., 2003). При этом было показано, что CsmA белок с молекулярной массой 5,7 кДа образует комплекс с БХл а , формирующий БХл я-субантенну Б798, локализованную в базовой пластинке хлоросомы C.aurantiacus (Montaño et al., 2003).

Электрофореграмма нативных хлоросом O.trichoides четко показывает, что три основные полосы, соответствующие трем основным белкам хлоросом O.trichoides, идентичны трем основным белкам хлоросом C.aurantiacus - CsmA, CsmM, CsmN с молекулярными массами соответственно 5.7 , И и 18 кДа (рис.ПБ, дорожка 2). Кроме того, были выявлены два минорных белка с молекулярными массами 9,5 и 21 кДа. Все пять белков хлоросом O.trichoides отчетливо видны как после окраски гелей Кумасси бриллиантовым синим (рис. 11Б, дорожка 2), так и после окраски серебром (не показано).

Таким образом, состав основных белков (с молекулярными массами 5.7 , 11 и 18 кДа) в нативных хлоросомах C.aurantiacus и O.trichoides одинаков, что позволило — по

аналогии с C.aurantiacus - предположить наличие комплекса БХл а-компонента хлоросом O.trichoides с хлоросомным белком CsmA (5.7 кДа). С целью проверки этого предположения был проведен сравнительный анализ белкового состава хлоросом C.aurantiacus и O.trichoides, подвергнутых щелочной обработке.

На рис. ПА (дорожка 3) показан эффект щелочной обработки на основные белки хлоросом C.aurantiacus, а именно - селективное удаление из хлоросом одного из трех основных хлоросомных белков - белка CsmA (5.7 кДа), который в комплексе с БХл а образует хлоросомную субантенну Б798 (Montano et al., 2003).

Как было показано выше, при щелочной обработке хлоросом O.trichoides происходит селективное удаление БХл а с сохранением интактности БХл с-субантенны Б750 (рис.9,10). Рис.! 1Б (дорожка 3) показывает, что щелочная обработка хлоросом O.trichoides (наряду с селективным удалением БХл а), приводит и к селективному удалению из хлоросом одного белка O.trichoides - CsmA (5.7 кДа) - и практически не оказывает влияния на остальные четыре белка.

Рис. 11. Окрашенные Кумасси R-250

а с электрофореграммы нативных и подвергнутых

12 3 12 3

, щелочной обработке хлоросом C.aurantiacus (А) и

И* *""""* O.trichoides (Б). А: дорожка 1 - белки-маркеры;

дорожка 2 - нативные хлоросомы C.aurantiacus',

зш* дорожка 3 -обработанные щелочью хлоросомы

***" — -SJST- • ¿а-, C.aurantiacus. Б: дорожка 1 - белки-маркеры;

м« — csmivi дорожка 2 - нативные хлоросомы O.trichoides;

35 «Да- дорожка 3 - обработанные щелочью хлоросомы

O.trichoides. Образцы хлоросом C.aurantiacus ,.„« -CsmA- «sí» содержали 3 мкг БХл с. Образцы хлоросом

O.trichoides содержали 18-20 мкг БХл с.

Проведенные эксперименты продемонстрировали четкую корреляцию между CsmA белком (5.7 кДа) и хлоросомным БХл a-компонентом O.trichoides, поскольку одновременное селективное исчезновение из хлоросом и БХл а-компонента , и белка CsmA предполагается только в случае локализации обоих компонентов в периферийной структуре хлоросомы, т.е. вне БХл с-структуры, а, значит, внутри базовой пластинки хлоросомы (см. рис.6). Представленная серия экспериментов подтвердила выводы модельных расчетов (Зобова с соавт., 2010) о биологической целесообразности существования такой БХл а-субантенны в суперантенне О. trichoides.

Таким образом, был сделан однозначный вывод о том, что найденный в изолированных хлоросомах зеленых бактерий семейства Oscillochloridaceae минорный БХл а-компонент связан с белком с молекулярной массой 5.7 кДа и локализован в базовой пластинке, выполняя роль искомой БХл а-субантенны, осуществляющей оптимальное сопряжение хлоросомной БХл с-субантенны Б750 и мембранной БХл а-субантенны Б805-860 в суперантенне О. trichoides.

Заключение

Результаты проведенного цикла теоретических и экспериментальных исследований подтвердили концепцию жесткой оптимизации структуры фотосинтезирующего аппарата по функциональному критерию. Методология проведенных исследований, опирающаяся на эту концепцию, позволила впервые разработать оригинальные модели оптимального сопряжения однородных субантенн в неоднородных суперантеннах, ответственного за высокую эффективность функционирования всей суперантенны в целом.

Целенаправленный поиск в природных суперантеннах фотосинтезирующих зеленых бактерий теоретически предсказанных структурных факторов, оптимизирующих функционирование этих суперантенн, позволил

(1) впервые разработать модель ориентации диполей БХл а-субантенны Б798 базовой пластинки, оптимально сопрягающей экстрамембранную хлоросомную БХл с-субантенну Б740 с мембранной БХл а-субантенной Б808-866, непосредственно связанной с РЦ в ФСЕ С.аигапИасш из семейства Ск1ого/1ехасеае; и

(2) разработать модель оптимального спектрального сопряжения однородных субантенн в неоднородной суперантенне 0.1псИо1<1ез из семейства 0.чсШосЫог1с1асеае: впервые идентифицирован минорный БХл а-компонент Бх в суперантенне ОЛг1с(ю1(1е5 как пигмент-белковый комплекс, выполняющий роль промежуточной БХл о-субантенны, локализованной в базовой пластинке хлоросомы и оптимально сопрягающей экстрамембранную хлоросомную БХл с-субантенну Б750 с мембранной БХл а-субантенной Б805-860, непосредственно связанной с РЦ.

Сравнительный анализ БХл а-субантенн, локализованных в базовых пластинках хлоросом, принадлежащих различным семействам фотосинтезирующих зеленых бактерий, показал общность их структурно-функциональных характеристик. Таким образом, полученные данные (в совокупности с уже известными) показали, что светособирающая БХл а-субантенна базовой пластинки хлоросомы с энергетическим положением {?у-полосы поглощения в диапазоне 795—800 нм служит универсальным интерфейсом между периферийной БХл с/с!/е- и мембранной (или БМО) БХл а-субантеннами у представителей всех трех семейств фотосинтезирующих зеленых бактерий - СЫогоЦехасеае, ОзсШосЫопс1асеае и СЫогоЫасеае, что демонстрирует универсальность основных принципов оптимизации структуры природных антенн. Эта универсальность — принципиальна с точки зрения стратегии эффективного функционирования суперантенн : основные принципы их организации, будучи оптимальными, сохраняются в ходе эволюции организмов, несмотря на то, что структура и размер субантенн значительно изменяются.

Выводы

1. Модельные расчеты для одиночной хлоросомы показали, что в суперантенне C.aurantiacus оптимальное сопряжение однородных субантенн Б740, Б798 и Б808, достигающееся оптимизацией неизвестной ориентации диполей ^-переходов БХл а субантенны Б798, приводит к устойчивой минимизации времени переноса энергии Б740-»Б798-*Б808. Полученные данные соответствуют теоретической модели оптимальной одноосной ориентации БХл a-диполей, хаотично ориентированных вокруг нормали к мембране с углом наклона к плоскости мембраны <ртт ~ 54°.

2. Найденная теоретически модель оптимальной ориентации диполей (^-переходов молекул мономерного БХл а субантенны Б798 в суперантенне C.aurantiacus экспериментально подтверждена методом дифференциальной поляризационной абсорбционной спектроскопии с фемтосекундным разрешением : векторы дипольных моментов ^-переходов БХл а субантенны Б798, хаотично ориентированные вокруг нормали к мембране, образуют с плоскостью мембраны магический угол <р = 54,7°.

3. Анализ оптимальности спектрального сопряжения хлоросомной и мембранной субантенн в зеленых бактериях O.trichoides показал, что состав субантенн Б750-Б805 функционально не оптимален для прямого переноса энергии Б750 —» Б805.

4. Получено однозначное теоретическое обоснование необходимости существования в суперантенне O.trichoides дополнительной субантенны (Бх) с промежуточным пространственным и энергетическим положением (770 нм <Х < 805 нм) для оптимизации переноса энергии от хлоросомной Б750 к мембранной Б805-860 субантенне.

5. Экспериментально доказано, что найденный в хлоросомах зеленых бактерий O.trichoides минорный БХл a-компонент локализован в базовой пластинке хлоросомы, образует комплекс с CsmA-белком с молекулярной массой 5.7 кДа и выполняет роль искомой промежуточной субантенны с энергетическим положением ее (^-полосы поглощения в интервале -(795—800) нм, обеспечивая оптимальное сопряжение энергетических уровней экстрамембранной хлоросомной БХл е-субантенны Б750 и мембранной БХл д-субантенны Б805-860, непосредственно связанной с РЦ.

6. Представленные результаты подтвердили концепцию жесткой оптимизации структуры фотосинтезирующего аппарата по функциональному критерию.

Список работ, опубликованных по теме диссертации

1. A. Zobova. A. Taisova, N. Fedorova, Е. Lukashev, L. Baratova, Z. Fetisova. Optimal interfacing of subantennae as an efficient strategy for light harvesting in photosynthesis. Abstracts of International Conference "Light Energy Conversion in Photosynthesis", Puschino, 2008, P1.2, p. 53.

2. A.B. Зобова. А.Г. Яковлев, A.C. Таисова, З.Г. Фетисова. Поиск оптимальной ориентационной упорядоченности диполей Qy- переходов молекул субантенн в суперантенне фотосинтезирующих зеленых бактерий. Модельные расчеты. Молекулярная биология, 2009, 43 (3) 464-482.

3. V.G. Popov, A.V. Zobova , A.S. Taisova , and Z.G. Fetisova. Search for an Optimal Interfacing Subantennae in Superantenna of Photosynthetic Green Bacteria. PROCEED, of the 4th International Conference on Computational Molecular Biology, Moscow, 2009, pp. 93-95.

4. A.V. Zobova , A.G. Yakovlev, V.I. Novoderezhkin, A.S. Taisova , and Z.G. Fetisova. Mutual Orientation of Qr Transition Dipoles of Subantennae Pigments as a Structural Factor Optimizing the Photosynthetic Antenna Function. Theoretical and Experimental Studies. PROCEED, of the 4th International Conference on Computational Molecular Biology, Moscow, 2009, pp. 87-89.

5. А. В. Зобова, A.C. Таисова и 3. Г. Фетисова. Поиск оптимального сопряжения субантенн в суперантенне фотосинтезирующих зеленых бактерий семейства Oscillochloridaceae. Модельные расчеты. Доклады Академии Наук, 2010,433 (1) 122-125.

6. Yakovlev A.G., Novoderezhkin V.I., Taisova A.S., Zobova A.V.. and Fetisova Z.G.

Optimal mutual orientational ordering of QY transition dipoles of adjacent subantennae pigments in the superantenna of the photosynthetic green bacterium Chlorqflexus aurantiacus. Theoretical and experimental studies. Abstracts of the 15th International Congress of Photosynthesis, China, 2010. PS3.U,pp. 48-49.

7. Taisova A.S., Zobova A.V.. Lukashev E.P., Fedorova N.V., and Fetisova Z.G.

CsmA protein is associated with BChI a in the baseplate subantenna of chlorosomes of the green photosynthetic bacterium Oscillochloris trichoides belonging to the family Oscillochloridaceae. Abstracts of the 15th International Congress of Photosynthesis, China, 2010. PS3.12, p. 49.

ДЛЯ ЗАМЕТОК

Подписано в печать 25.10.2010 Формат 60x88 1/16. Объем 1.0 п.л. Тираж 100 экз. Заказ № 1038 Отпечатано в ООО «Соцветие красок» 119991 г.Москва, Ленинские горы, д.1 Главное здание МГУ, к. А-102

Содержание диссертации, кандидата биологических наук, Зобова, Анастасия Валерьевна

Список сокращений.

ВВЕДЕНИЕ.:.

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1. Типы фотосинтетических аппаратов различных фото синтезирующих организмов.

1.2. Общая характеристика светособирающего аппарата фотосинтезирующих микроорганизмов.

1.2.1. Гелиобактерии.

1.2.2. Пурпурные бактерии.

1.2.3. Цианобактерии.

1.2.4. Зеленые бактерии.

1.3. Строение фотосинтетического аппарата зеленых нитчатых бактерий.

1.4.1. СЫогоАехт аигапИасш- из семейства СМого/1ехасеае.

1.4.2. ОзсШосЫопх trichoid.es из семейства ОясШосЫопЛасеае.

1.4. Строение фотосинтетического аппарата зеленых серных бактерий. Семейство СЫогоЫасеае.

1.5. Строение фотосинтетического аппарата хлоросом-содержащей ацидобактерии СапсИс1а1ш СЫога&с1оЪас1егшт ЖегторкИит.

1.6. Концепция жесткой оптимизации структуры фотосинтезирующего аппарата по функциональному критерию.

1.7. Миграция энергии в антенных комплексах зеленых фотосинтезирующих бактерий.

ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ.

2.1. Объекты исследований.

2.2. Культивирование зеленых фототрофных бактерий СЫого/1ехш аигапНасш.

2.3. Культивирование зеленых фототрофных бактерий ОзсШосМопб МсИо1с1е$.'.

2.4. Выделение хлоросом-мембранных комплексов СМого/1ехт aura.ntia.cus и ОбсШосМопз 1г1ско1с1е8.

2.5. Выделение хлоросом СМого/1ехт аигапИасш и 0$сШосЫог1$ Ыско1йе5.

2.6. Щелочная обработка изолированных хлоросом: селективное удаление БХл а-субантенны из хлоросом СЫого/1ехт аигапйасш и ОбсШосЫоНз 1пско1с1е8.

2.7. Электрофорез в полиакриламидном геле с додецилсульфатом натрия: идентификация состава белков в хлоросомах СЫого/1ехш аигапйаст и ОбсШосЫопз trichoid.es.

2.8. Оптическая спектроскопия.

2.9. Дифференциальная абсорбционная спектроскопия.

2.10. Математическое моделирование миграции энергии по суперантенне зеленых бактерий.

ГЛАВА 3. ПОИСК ОПТИМАЛЬНОГО СОПРЯЖЕНИЯ ОДНОРОДНЫХ СУБАНТЕНН В НЕОДНОРОДНОЙ СУПЕРАНТЕННЕ ФОТОСИНТЕЗИРУЮЩИХ ЗЕЛЕНЫХ БАКТЕРИЙ СЫого/1ехш аигапйаст.

3.1. Модельные расчеты.

3.2. Экспериментальное исследование ориентации векторов дипольных моментов ¡^/-переходов БХл а светособирающей субантенны Б798 фотосинтезирующих зеленых бактерий СЫого/1ехш аигапйаст . Результаты и обсуждение.

ГЛАВА 4. ПОИСК ОПТИМАЛЬНОГО СОПРЯЖЕНИЯ ОДНОРОДНЫХ СУБАНТЕНН В НЕОДНОРОДНОЙ СУПЕРАНТЕННЕ ФОТОСИНТЕЗИРУЮЩИХ ЗЕЛЕНЫХ

БАКТЕРИЙ ОясШосЫо™ ^скоШея.

4.1. Модельные расчеты.

4.2. Экспериментальное доказательство существования в хлоросоме зеленых бактерий ОзсШосЫогк trichoides БХл о-субантенны, сопрягающей хлоросомную БХл с-субантенну Б750 с мембранной БХл а-субантенной Б805-860. Результаты и обсуждение.

Введение Диссертация по биологии, на тему "Проблемы оптимизации структуры светособирающих суперантенн фотосинтезирующих зеленых бактерий"

Фотосинтез - это один из основных природных процессов, определяющих жизнь на Земле. Вся биосфера Земли своим существованием прямо или косвенно обязана процессу фотосинтеза. Фотосинтез является глобальным биологическим процессом, в процессе которого растения, водоросли, цианобактерии и фототрофные бактерии преобразуют энергию солнечного света в энергию химических связей и синтез органических соединений. Фотосинтез - единственный процесс в биосфере, ведущий к увеличению ее свободной энергии за счет внешнего источника. Запасенная в продуктах фотосинтеза энергия - основной источник энергии для человечества.

За год на Земле образуется около 1.51011 тонн органического вещества и выделяется около 21011 тонн свободного кислорода (Клейтон, 1984). Ключевым этапом фотосинтеза является разделение зарядов на специализированных фотосинтетических мембранах при поглощении кванта света. Этот процесс происходит в пигмент-белковых интегральных мембранных комплексах, называемых фотосинтетическими реакционными центрами (РЦ). Высокая эффективность процессов фотосинтеза обеспечивается совместным высокоэффективным функционированием антенной светособирающей системы и РЦ. При этом роль антенной системы заключается в поглощении солнечного излучения и в доставке поглощенной энергии к РЦ.

Человечество неуклонно приближается к моменту, когда искусственный фотосинтез станет решающим для определения нашей судьбы на этой планете. Это приводит к необходимости понимания ключевых структурно-функциональных характеристик природного фотосинтетического аппарата, обеспечивающих высокую эффективность первичных этапов запасания световой энергии. Экспериментальные исследования эффективности первичных процессов природного фотосинтеза показали, что квантовый выход первичного разделения зарядов в реакционных центрах (РЦ) весьма высок (более 90%) независимо от размера светособирающей антенны фотосинтетической единицы (ФСБ), т.е. числа молекул антенны (N) на один реакционный центр (РЦ),. Это означает, что при всем своем многообразии фотосинтезирующие организмы - как с малыми антеннами (N ~ 30), так и с большими (N > 1000) — достаточно успешно решили проблему оптимизации структуры ФСБ по функциональному критерию, несмотря на то, что для природных ФСБ эта проблема стоит достаточно остро (Фетисова, Фок, 1984). Использование математического моделирования процесса передачи энергии света, поглощенного молекулами антенны, энергопреобразующим центрам (РЦ) позволило определить ряд принципов организации оптимальной модельной антенны. Это, в свою очередь, позволило в целенаправленных экспериментах идентифицировать целый ряд основных принципов организации природных ФСБ.

Структура больших ФСБ оптимизирована по многим структурно-функциональным параметрам. Большинство структурных оптимизирующих факторов увеличивает скорость миграции энергии по антенне. Однако, даже значительное увеличение скорости миграции энергии по антенне само по себе еще не обеспечивает столь же значительного увеличения скорости передачи энергии к РЦ (Фетисова, Фок, 1984). Эта задача решается in vivo с помощью одного из оптимизирующих факторов - спектральной гетерогенности антенны, которая обеспечивает выполнение двух требований к оптимизации структуры ФСБ:

1) уменьшает эффективное число молекул, по которым возбуждение хаотично мигрирует в антенне до его локализации в РЦ, и 2) создает направленный поток энергии электронного возбуждения к РЦ (Фетисова с соавт., 1985; Fetisova et al., 1986, 1996). Более того, спектральная гетерогенность - есть единственный способ создания направленного переноса энергии к РЦ, так как она создает естественную «энергетическую воронку» для доставки энергии к РЦ. Однако наличие неоднородных светособирающих антенн, состоящих из нескольких субантенн, ставит задачу их оптимального сопряжения (Фетисова с соавт., 1985 а,б; РеЙБОУа е! а1., 1996), которое может осуществляться с использованием как неизвестных, так и уже известных оптимизирующих факторов (Рейэоуа е! а1., 1996).

Настоящая работа посвящена (1) проблеме поиска оптимальной взаимной ориентации диполей ^-переходов молекул светособирающих субантенн в суперантенне термофильных зеленых бактерий СМого/1ехш (С.) аигапНасш; (2) проблеме поиска оптимального спектрального состава неоднородных субантенн в суперантенне зеленых бактерий ОзсШосЫоНз (О.) Мско1с1е8 из нового семейства 05сШосЫопс1асеае.

Заключение Диссертация по теме "Биофизика", Зобова, Анастасия Валерьевна

выводы

1. Модельные расчеты для одиночной хлоросомы показали, что в суперантенне С. aurantiacus оптимальное сопряжение однородных субантенн Б740, Б798 и Б808, достигающееся оптимизацией неизвестной ориентации диполей (^-переходов БХл а субантенны Б798, приводит к устойчивой минимизации времени переноса энергии Б740—>Б798—»Б808. Полученные данные соответствуют теоретической модели оптимальной одноосной ориентации БХл «-диполей, хаотично ориентированных вокруг нормали к мембране с углом наклона к плоскости мембраны (рот ~ 54°.

2. Найденная теоретически модель оптимальной ориентации диполей Оу-переходов молекул мономерного БХл а субантенны Б798 в суперантенне C.aurantiacus экспериментально подтверждена методом дифференциальной поляризационной абсорбционной спектроскопии с фемтосекундным разрешением : векторы дипольных моментов Оу-переходов БХл а субантенны Б798, хаотично ориентированные вокруг нормали к мембране, образуют с плоскостью мембраны магический угол ср = 54,7°.

3. Анализ оптимальности спектрального сопряжения хлоросомной и мембранной субантенн в зеленых бактериях О .trichoides показал, что состав субантенн Б750-Б805 функционально не оптимален для прямого переноса энергии Б750 —» Б805.

4. Получено однозначное теоретическое обоснование необходимости существования в суперантенне О.trichoides дополнительной субантенны (Бх) с промежуточным пространственным и энергетическим положением (770 нм <Х < 805 нм) для оптимизации переноса энергии от хлоросомной Б750 к мембранной Б805-860 субантенне.

5. Экспериментально доказано, что найденный в хлоросомах зеленых бактерий О.trichoides минорный БХл «-компонент локализован в базовой пластинке хлоросомы, образует комплекс с CsmA-белком с молекулярной массой 5.7 кДа и выполняет роль искомой промежуточной субантенны с энергетическим положением ее С^-полосы поглощения в интервале

-(795—800) нм, обеспечивая оптимальное сопряжение энергетических уровней экстрамембранной хлоросомной БХл с-субантенны Б750 и мембранной БХл а-субантенны Б805-860, непосредственно связанной с РЦ.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1) впервые разработать модель ориентации диполей БХл а-субантенны Б798 базовой пластинки, оптимально сопрягающей экстрамембранную хлоросомную БХл с-субантенну Б740 с мембранной БХл а-субантенной Б808-866, непосредственно связанной с РЦ в ФСБ С.аигапИасш из семейства СМого/1ехасеае\ и

2) разработать модель оптимального спектрального сопряжения однородных субантенн в неоднородной суперантенне О.trichoid.es из семейства 08сИ1осЫо^асеае\ впервые идентифицирован минорный БХл а-компонент Бх в суперантенне 0.trichoides как пигмент-белковый комплекс, выполняющий роль промежуточной БХл а-субантенны, локализованной в базовой пластинке хлоросомы и оптимально сопрягающей экстрамембранную хлоросомную БХл с-субантенну Б750 с мембранной БХл а-субантенной Б805-860, непосредственно связанной с РЦ.

Сравнительный анализ БХл а-субантенн, локализованных в базовых пластинках хлоросом, принадлежащих различным семействам фотосинтезирующих зеленых бактерий, показал общность их структурно-функциональных характеристик. Таким образом, полученные данные (в совокупности с уже известными) показали, что светособирающая БХл асубантенна базовой пластинки хлоросомы с энергетическим положением Qy-полосы поглощения в диапазоне 795—800 нм служит универсальным интерфейсом между периферийной БХл c/d/e- и мембранной (или FMO) БХл а-субантеннами у представителей всех трех семейств фотосинтезирующих зеленых бактерий — Chloroßexaceae, Oscillochloridaceae и Chlorobiaceae, что демонстрирует универсальность основных принципов оптимизации структуры природных антенн. Эта универсальность — принципиальна с точки зрения стратегии эффективного функционирования суперантенн : основные принципы их организации, будучи оптимальными, сохраняются в ходе эволюции организмов, несмотря на то, что структура и размер субантенн значительно изменяются.

Библиография Диссертация по биологии, кандидата биологических наук, Зобова, Анастасия Валерьевна, Москва

1. Бойченко В.А. 2004. Фотосинтетические единицы фототрофных организмов. Обзор. Биохимия. 69(5), 581-96.

2. Гусев М.В., Никитина К.А. Цианобактерии. М., Наука, 1979.

3. Гусев М.В., Минеева JI.A. Микробиология. М., МГУ, 1992.

4. Зобова A.B., Таисова A.C., Фетисова З.Г. 2010. Поиск оптимального сопряжения субантенн в суперантенне фотосинтезирующих зеленых бактерий семейства Oscillochloridaceae. Модельные расчеты. Докл. АН. 433(1), 122-125.

5. Мауринг К., Новодережкин В.И., Таисова A.C., Фетисова З.Г. 2004. Модель агрегации пигментов в хлоросомной антенне зеленых бактерий Chloroflexus aurantiacus. Молек. биол. 38(2), 317 — 322.

6. Мауринг К., Забережная С.М., Фетисова З.Г. 1993. Олигомерная организация светособирающего бактериохлорофилла с в антенне зеленых бактерий Chloroflexus aurantiacus: исследование методом фотовыжигания спектральных провалов. Докл. АН СССР. 331, 238-240.

7. Кеппен О.И., Ивановский Р.Н. 2001. Материалы 3-го съезда фотобиологов России. Изд. Всероссийское общество фотобиологов, Воронежский госуд. университет. Воронеж, Россия, с. 89.

8. Клейтон Р., Фотосинтез, пер. с англ., М., 1984.

9. Новодережкин В.И., Фетисова З.Г. 1997. Олигомеризация светособирающих пигментов как структурный фактор, оптимизирующий функцию фотосинтетической антенны. 3. Модель олигомер-ной организации пигментов в антенне зеленых бактерий. Молек. Биол. 31, 520-527.

10. Таисова A.C., Кеппен О.И., Фетисова З.Г. 2004. Изучение состава пигментов светособирающей антенны зеленых бактерий нового семейства Oscillochloridaceae. Биофизика. 49(6), 1069-74.

11. Фетисова З.Г., Мауринг К. 1998. Исследование структурной организации пигментов в хлоросомной антенне зеленых бактерий Chlorobium limicola методом фотовыжигания спектральных провалов. Биофизика. 43, 452-455.

12. Фетисова З.Г., Фок М.В. 1984. Пути оптимизации преобразования световой энергии в первичных актах фотосинтеза. I. Необходимость оптимизации структуры фотосинтетической единицы и метод расчета ее эффективности. Молекуляр. биология. 18, 1651—1656.

13. Фетисова З.Г., Фок М.В., Шибаева JI.B. 1985а. Пути оптимизации преобразования световой энергии в первичных актах фотосинтеза. III. Роль спектральной гетерогенности светособирающей антенны. Молекуляр. биология. 19, 974-982.

14. Фетисова З.Г., Шибаева JI.B., Таисова А.С. 1995. Олигомеризация светособирающих пигментов как структурный фактор, оптимизирующий функцию фотосинтетической антенны. 1. Модельные расчеты. Молек. Биол. 29, 1384-1390.

15. Яковлев А.Г., Таисова А.С., Фетисова З.Г. 2004. Стратегия выживания фотосинтезирующих организмов. 2. Экспериментальное доказательство вариабельности размера единичного строительного блока олигомерной антенны. Молекуляр. биология. 38(3), 524-531.

16. Avissar Y.J., Ormerod J.G., Beale S.I. 1989. Distribution of delta-aminolevulinic acid biosynthetic pathways among phototrophic bacterial groups. Arch. Microbiol. 51, 513-19.

17. Barber J. 1998. Photosystem two. Biochim. Biophys. Acta. 1365, 269-277.

18. Bibby T.S., Nield J., Partensky F., Barber J. 2001. Antenna ring around photosystem I. Nature 413, 590.

19. Biggins J., Bruce D. 1989. Regulation of excitation energy transfer in photosynthetic organisms containing phycobilins. Photosynth. Res. 20, 1-34.

20. Blankenship R.E. 1992. Origin and early evolution of photosynthesis. Photosynth. Res. 33, 91-111.

21. Blankenship R.E, Cheng P., Causgrove T.P., Brune D.C., Wang S.H.-H., Choh J.-U., Wang J. 1993. Redox regulation of energy transfer efficiency in antennas of green sulfur bacteria. Photochem Photobiol. 57, 103—107.

22. Blankenship R.E., Matsuura K. 2003. Antenna complexes from green photosynthetic bacteria. In: Green BR, Parson W.W. (eds) Light-Harvesting Antennas in Photosynthesis. Kluwer Academic Publishers, Dordrecht.

23. Blankenship R.E., Olson J.M., Miller M. 1995. Antenna complexes from green photosynthetic bacteria. In: Blankenship R.E., Madigan M.T., Bauer

24. C.E. (eds) Anoxygenic Photosynthetic Bacteria, pp. 399-435. Kluwer Academic Publishers, Dordrecht.

25. Boekema J.L., Hifney A., Yakushevska A.E., Piotrowski K., Keegstra W., Berry S., Michel K.P., Pistorius E.K., Kruip J. 2001. A giant chlorophyll protein complex induced by iron deficiency in cyanobacyrtia. Nature. 412, 745-748.

26. Bryant D.A., Costas A.M.G., Maresca J.A., Chew A.G.M., Klatt C.G., Bateson M.M., Talion L.J., Hostetier J., Nelson W.C., Heidelberg J.F., Ward

27. D.M. 2007. Candidatus Chloracidobacterium thermophilum: an aerobic phototrophic acidobacterium. Science. 317, 523—526.

28. Bryant DA, Vassilieva EV, Frigaard N.-U., Li H. 2002. Selective protein extraction from Chlorobium tepidum chlorosomes using detergents. Evidence that CsmA forms multimers and binds bacteriochlorophyll a. Biochemistry. 41,14403-14411.

29. Causgrove T.P., Brune D.C., Blankenship R.E. 1992. Förster energy transfer in chlorosomes of green photosynthetic bacteria. J. Photochem. Photobiol. B: Biol. 15, 171-179.

30. Clayton R. K. 1980. Photosynthesis. Physical mechanisms and chemical patterns. Cambridge, London, New York, New Rochelle, Melbourne, Sydney: Cambrige University Press.

31. Cogdell R.J., Gardiner A. T. 2006. Rings, ellipses and horseshoes: how purple bacteria harvest solar energy C. R. Chimie 9(2), 201-206.

32. Cogdell R.J., Fyfe P., Barrett S., Prince S., Freer A., Isaacs N., McGlynn P., Hunter C. 1996. The purple bacterial photosynthetic unit. Photosyn. Res. 48, 55-63.

33. Cogdell R.J., Isaacs N.W., Howard T.D., McLuskeyK., FraserN.J., Prince S.M. 1999. How photosynthetic bacteria harvest solar energy. J. Bacteriol. 181, 3869-3879.

34. Feick R.G., Fitzpatrick M., Fuller R.C. 1982. Isolation and characterization of cytoplasmic membranes and chlorosomes from the green bacterium Chloroflexus aurantiacus. J. Bacteriol. 150(2), 905-15.

35. Feick R.G., Fuller R.C. 1984. Topography of the Photosynthetic Apparatus of Chloroflexus aurantiacus. Biochemistry. 23, 3693—3700.

36. Feick R., Shiozawa J.A., Ertlmaier A. 1995. Anoxygenic Photosynthetic Bacteria. Eds. R.E. Blankenship., M.T. Madigan, C.E. Bauer. Dordrecht; Boston; London: Kluwer Acad. Publishers, 1995. 699-708.

37. Fetisova Z.G. 1998. Excitation derealization in the bacteriochlorophyll c antenna of the green bacterium Chloroflexus aurantiacus as revealed by ultrafast pump-probe spectroscopy. FEBS Lett. 323, 59-162.

38. Fetisova Z.G., Borisov A.Y., Fok M.V. 1985. Analysis of structure-function correlations in light-harvesting photosynthetic antenna: structure optimization parameters. J. Theoretical Biology. 112, 41-75.

39. Fetisova Z.G., Freiberg A.M., Timpmann K.E. 1988. Long-range molecular order as an efficient strategy for light harvesting in photosynthesis. Nature. 334, 633-634.

40. Fetisova Z.G., Freiberg A.M., Mauring K., Novoderezhkin V.I., Taisova A.S., Timpmann, K.E. 1996. Excitation energy transfer in chlorosomes of green bacteria: theoretical and experimental studies. Biophys. J. 71, 9951010.

41. Fetisova Z.G., Freiberg A.M., Timpmann K.E. 1987. Investigations by picosecond polarized fluorescence spectrochronography of structural aspects of energy transfer in living cells of the green bacterium Chlorobium limicola. FEBS Lett. 223, 161-164.

42. Fetisova Z.G., Freiberg A.M., Timpmann K.E. 1988. Long-range molecular order as an efficient strategy for light harvesting in photosynthesis. Nature. 334, 633-634.

43. Fetisova Z.G., Mauring K. 1992. Experimental evidence of oligomeric organization of antenna bacteriochlorophyll c in green bacterium Chlorojlexus aurantiacus by spectral hole burning. FEBS Lett. 307(3), 371-374.

44. Fetisova Z.G., Mauring K. 1993. Spectral hole burning study of intact cells of green bacterium Chlorobium limicola. FEBS Lett. 323(1,2), 159-162.

45. Fetisova Z.G., Shibaeva L.V., Fok M.V. 1989. Biological experience of oligomerization of chlorophyllous pigments in natural photosynthetic systems.,/ Theoretical Biology. 140, 167-184.

46. Foidl M., Golecki J.R., Oelze J. 1998. Chlorosome development in Chloroflexus aurantiacus. Photosynth. Res. 55, 109—114.

47. Förster T. 1948. Zwischenmolekulare Energiewanderung und Fluoreszenz. Ann. Phys. 2, 55-75.

48. Förster T. 1965. Modern quantum chemistry. In: Istanbul Lectures. Part III: Action of Light and Organic Crystals. Ed Sinannoglu O. New York: Academic Press.

49. Frigaard N.-U., Bryant D. A. 2004. Seeing green bacteria in a new light: genomics-enabled studies of the photosynthetic apparatus in green sulfur bacteria and filamentous anoxygenic phototrophic bacteria. Arch Microbiol. 182, 265-276.

50. Frigaard N.-U., Bryant D. A. 2006. Chlorosomes: antenna organelles in green photosynthetic bacteria. In: Complex Intracellular Structures in Prokaryotes (Shively, J. M., ed.), Microbiology Monographs. Springer, Berlin, Germany. 2, 79-114.

51. Frigaard N.-U., Chew A.G.M., Li H., Maresca J.A., Bryant D.A. 2003. Chlorobium tepidum: insights into the structure, physiology and metabolism of a green sulfur bacterium derived from the complete genome sequence. Photosynth. Res. 2003. 78(2), 93-117.

52. Frigaard N.-U., Li H., Milks K.J., Bryant D.A. 2004. Nine mutants of Chlorobium tepidum each unable to synthesize a different chlorosome protein still assemble functional chlorosomes. JBacteriol. 186, 646-653.

53. Frigaard N.-U., Matsuura K., Hirota M., Miller M. and Cox R.P. 1998. Studies of the location and function of isoprenoid quinones in chlorosomes from green sulfur bacteria. Photosynth Res. 58, 81-90.

54. Frigaard N.U., Ormerod J. 1995. Hydrofobic modification of antenna chlorophyll in chlorobium during growth with acetylene. In: Photosynthesis:from Light to Biosphere. Eds. Mathis P. Kluwer Academic Publishers, Dordrecht. 1995.1, 163-66.

55. Fyfe P.K., Jones M.R., Heathcote P. 2002. Insights into the evolution of the antenna domains of Type-I and Type-II photosynthetic reaction centres through homology modelling. FEBS Lett. 530, 117-123.

56. Gantt E. 1994. Supramolecular membrane organization. In: The Molecular Biology of Cyanobacteria (Ed. Bryant D.A.) Dordrecht, Kluwer. pp. 119— 138.

57. Glazer A.N. 1985. Light harvesting by phycobilisomes. Ann. Rev. of Biophys. and Biophys. Chem. 14, 47-77.

58. Golbeck J.H. 1994. Photosystem I in cyanobacteria. In: The Molecular Biology of Cyanobacteria (Ed. Bryant D.A.) Dordrecht, Kluwer. pp. 319360.

59. Golbeck J.H., Bryant D.A. 1991. Photosystem I. Current Topics in Bioenergetics. 16, 83-177.

60. Grossman A.R., Schaefer M.R., Chiang G.G., Collier J.L., Grossman A.R., Schaefer M.R., Chiang G.G., Collier J.L. 1993. The phycobilisome, a light-harvesting complex responsive to environmental conditions. Microbiol. Mol. Biol. Rev. 57(3), 725-749.

61. Hauska G., Schoedl T., Remigy H., Tsiotis G. 2001. The reaction center of green sulfur bacteria. Biochim. Biophys. Acta. 1507, 260-277.

62. Hohmann-Marriott M.F., Blankenship R.E., Roberson R.W. 2005. The ultrastructure of Chlorobium tepidum chlorosomes revealed by electron microscopy. Photosynth. Res. 86, 45-154.

63. Jordan P., Fromme P., Klukas O., Witt H.T., Saenger W., Krauss N. 2001. Three dimensional structure of cyanobacterial photosystem I at 2.5 A resolution. Nature. 411, 909-917.

64. Karapetyan N.V. 2008. Protective dissipation of excess absorbed energy by photosynthetic apparatus of cyanobacteria: role of antenna terminal emitters. Photosynth. Res. 97, 195-204.

65. Karapetyan N.V., Holzwarth A.R., Roegner M. 1999. The photosystem I trimer of cyanobacteria: molecular organization, excitation dynamics and physiological significance. FEBSLett. 460, 395-400.

66. Karrasch S., Bullough P.A., Ghosh R. 1995. The 8.5 A projection map of the light-harvesting complex I from Rhodospirillum rubrum revealed a ring composed of 16 subunits. EMBOJ. 14, 631-638.

67. Kern M., Klemme J.-H. 1989. Inhibition of bacteriochlorophyll biosynthesis by gabaculine (3-amino-2,3-dihydrobenzoic acid) and presence of anenzyme of the C5 pathway of 5-aminolevulinate synthesis in Chloroflexus aurantiacus. Z. Naturforsch. 44, 77-80.

68. Koepke J., Hu X., Muenke C., Schulten K., Michel H. 1996. The crystal structure of the light-harvesting complex II (B800-850) from Rhodospirillum molischianum. Structure. 4, 581—597.

69. Krasnovsky A.A., Bystrova M.I. 1980. Self-assembly of chlorophyll aggregated structures. BioSystems. 12, 181-194.

70. Lehmann R.P., Brunisholz R.A., Zuber H. 1994. Structural differences in chlorosomes from Chloroflexus aurantiacus grown under different conditions support the BChl c-binding function of the 5.7 kDa polypeptide. FEBSLett. 342,319-24.

71. Li H., Frigaard N.-U., Bryant D.A. 2006. Molecular contacts for chlorosome envelope proteins revealed by cross-linking studies with chlorosomes from Chlorobium tepidum. Biochemistry. 45, 9095-9103.

72. Liaaen-Jensen S. 1965. Bacterial carotenoids. XVIII. Arylcarotenes from Phaeobium. Acta. Chem. Scand. 19, 1025-1030.

73. Linnanto J., Korppi-Tommola J. 2008. A theoretical model for excitation energy transfer in chlorosomes: lamellar and rodshaped antenna structures. In Allen J (ed) Proceedings photosynthesis research. Springer, Heidenberg.

74. Linnanto J. M., Jouko E. I., Korppi-Tommola J. 2008. Investigation on chlorosomal antenna geometries: tube, lamella and spiral-type self-aggregates. Photosynth Res. 96, 227-245.

75. Linnanto J.M., Korppi-Tommola J.E.I. 2009. Modelling excitonic energy transfer in the photosynthetic unit of purple bacteria. Chem. Phys. 357, 171-180.

76. Linnanto J., Oksanen J.A.I., Korppi-Tommola J.E.I. 2002. Exciton interactions in selforganised bacteriochlorophyll a aggregates. Phys. Chem. Chem. Phys. 4, 3061-3070.

77. Ma Y.-Z., Cox R.P., Gillbro T., Miller M. 1996. Bacteriochlorophyll organization and energy transfer kinetics in chlorosomes from Chloroflexus aurantiacus depend on the light regime during growth. Photosynth. Res. 47, 157-165.

78. Madigan M.T., Peterson S.R., Brock T.D. 1974. Nutritional studies on Chloroflexus, a filamentous photosynthetic, gliding bacterium. Arch. Microbiol. 100, 97-103.

79. Martiskainen J., Linnanto J., Kananavicius R., Lehtovuori V., Korppi-Tommola J. 2009. Excitation energy transfer in isolated chlorosomes from Chloroflexus aurantiacus. Chem. Phys. Letters. 477, 216-220.

80. Matsuura K., Hirota M., Shimada K., Mimuro M. 1993. Spectral forms and orientation of bacteriochlorophylls c and a in chlorosomes of the green photosynthetic bacterium Chloroflexus aurantiacus. Photochem Photobiol. 57, 92-97.

81. McDermott G., Prince S.M., Freer A.A., Hawthornthwaite-Lawless A.M., Papiz M.Z., Cogdell R.J., Isaacs N.W. 1995. Crystal structure of an integral membrane light-harvesting complex from photosynthetic bacteria. Nature. 374, 517-521.

82. Montano G.A., Bowen B.P., LaBelle J.T., Woodbury N.W., Pizziconi V.B., Blankenship R.E. 2003a. Characterization of Chlorobium tepidum chlorosomes: a calculation of bacteriochlorophyll c per chlorosome and oligomer modeling. Biophys. J. 85, 2560-2565.

83. Montano G.A., Wu H.M., Lin S., Brune D.C., Blankenship R.E. 2003. Isolation and characterization of the B798 light-harvesting baseplate from the chlorosomes of Chloroflexus aurantiacus. Biochemistry. 42, 1024610251

84. Montano G.A., Xin Y., Lin S., Blankenship R. E. 2004. Carotenoid and bacteriochlorophyll energy transfer in the B808-866 complex from Chloroflexus aurantiacus. J. Phys. Chem. B. 108, 10607—10611.

85. Mukamel S. 1995. Principles of nonlinear optical spectroscopy. N.-Y., Oxford: Oxford University Press.

86. Nagarajan V., Johnson E.T., Williams J.C., Parson W.W. 1999. Femtosecond pump-probe spectroscopy of the B850 antenna complex of Rhodobacter sphaeroides at room temperature. J. Phys. Chem. B. 103, 2297-2309.

87. Niedermeier G., Shiozawa J.A., Lottspeich F., Feick R.G. 1994. The primary structure of two chlorosome proteins from Chloroflexus aurantiacus. FEBS. Lett. 342, 61-65.

88. Neerken S., Amesz J. 2001. The antenna reaction center complex of heliobacteria: composition, energy conversion and electron transfer. BBA. 1507, 278-290.

89. Novoderezhkin V.I., van Grondelle R. 2002. Exciton-vibrational relaxation and transient absorption dynamics in LH1 of Rhodopseudomonas wiridis: a redfield theory approach. J. Phys. Chem. B. 106, 6025-6037.

90. Novoderezhkin V.I., Fetisova Z.G. 1999. Exciton derealization in the B808-866 antenna of the green bacterium Chloroflexus aurantiacus as revealed by ultrafast pump-probe spectroscopy. Biophys. J. 77, 424-430.

91. Novoderezhkin V., Taisova A., Fetisova Z.G. 2001. Unit building block of the oligomeric chlorosomal antenna of the green photosynthetic bacterium Chloroflexus aurantiacus: modeling of nonlinear optical spectra. Chem. Phys. Lett. 335, 234-240.

92. Oelze J. 1992. Light and oxygen regulation of the synthesis of bacteriochlorophyll a and bacteriochlorophyll c in Chloroflexus aurantiacus. J. Bacteriol. 174(15), 5021-26.

93. Oelze J., Golecki J.R. 1995. Membranes and chlorosomes of green bacteria: structure, composition and development. Anoxygenic Photosynthetic Bacteria. Eds. Blankenship R.E., Madigan M.T., Bauer C.E., Kluwer Academic Publishers, Dordrecht. P. 399-435.

94. Olson J.M. 1998. Chlorophyll organization and function in green photosynthetic bacteria. Photochem. Photobiol. 67(1), 61-75.

95. Olson J.M. 2004. The FMO protein. Photosynth. Res. 80, 181-187.

96. Ormerod J.G., Nesbakken T., Beale S.I. 1990. Specific inhibition of antenna bacteriochlorophyll synthesis in Chlorobium vibrioforme by anesthetic gases. J. Bacteriol. 172(3), 1352-60.

97. Pedersen M.O., Linnanto J., Frigaard N.-U., Nielsen N.C., Miller M. 2010. A model of the protein-pigment baseplate complex in chlorosomes of photosynthetic green bacteria. Photosynth Res. 104(2-3), 233-43.

98. Permentier H.P., Neerken S., Overmann J., Amesz J. 2001. A bacteriochlorophyll a antenna complex from purple bacteria absorbing at 963 nm. Biochemistiy. 40, 5573-5578.

99. Psencik J., Ikonen T.P., Laurinmaki P., Merckel M.C., Butcher S.J., Serimaa R.E., Tuma R. 2004. Lamellar organization of pigments in chlorosomes, the light harvesting system of green bacteria. Biophys. J. 87, 1165-1172.

100. Psencik J., Torkkeli M., Zupcanova A., Vacha F., Serimaa R.E., Tuma R.2010. The lamellar spacing in self-assembling bacteriochlorophyll aggregates is proportional to the length of the esterifying alcohol. Photosynth. Res. 104, 211-219.

101. Saga Y., Tamiaki H. 2006. Transmission electron microscopic study on supramolecular nanostructures of bacteriochlorophyll self-aggregates in chlorosomes of green photosynthetic bacteria. J. Biosc. Bioeng. 102(2), 18-23.

102. Sakuragi Y., Frigaard N.-U., Shimada K. Matsuura K. 1999. Association of bacteriochlorophyll a with the CsmA protein in chlorosomes of the photosynthetic green filamentous bacterium Chloroflexus aurantiacus. Biochim. Biophys. Acta. 1413, 172-180.

103. Savikhin S., Zhu Y., Blankenship R. E., Struve W. S. 1996. Ultrafast energy transfer in chlorosomes from the green photosynthetic bacterium Chloroflexus aurantiacus. J. Phys. Chem. 100, 3320 —3322.

104. Schagger H., van Jagow G. 1987. Tricine-sodium dodecyl sulfatepolyacrylamide gel electrophoresis for the separation of proteins in the range from 1 to 100 kDa. Anal. Biochem. 166, 368-379.

105. Shibata Y., Saga Y., Tamiaki H., Itoh S. 2007. Polarized fluorescence of aggregated bacteriochlorophyll c and baseplate acteriochlorophyll a in single chlorosomes isolated from Chloroflexus aurantiacus. Biochemistry. 46, 7062-7068.

106. Shibata Y., Saga Y., Tamiaki H., Itoh S. 2009. Anisotropic distribution of emitting transition dipoles in chlorosome from Chlorobium tepidum: fluorescence polarization anisotropy study of single chlorosomes. Photosynth. Res. 100, 67-78.

107. Schmidt K. 1978. Biosynthesis of carotenoids. In: The Photosynthetic Bacteria (Edited by Clauton R.K and Sistrom W.R.). Plenum Press, New York, pp 729-750.

108. Schmidt K.A., Trissl H.-W. 1998a. Combined fluorescence and photovoltage studies on chlorosome containing bacteria. Photosynth. Res., 58, 43—55.

109. Schmidt, K.A., Trissl, H.-W. 19986. Combined fluorescence and photovoltage studies on chlorosome containing bacteria. Photosynth. Res., 58, 57-70.

110. Scholes G.D. 2010. Quantum-coherent electronic energy transfer: did nature think of it first? J. Phys. Chem. Lett. 1, 2-8.

111. Sprague S.G., Staehelin L.A., DiBartolomeis M.J., Fuller R.C. 1981. Isolation and development of chlorosomes in the green bacterium Chloroflexus aurantiacus. J. Bacteriol. 147, 1021—1031.

112. Staehelin L.A., Golecki J.R., Fuller R.C., Drews G. 1978. Visualization of the supramolecular architecture of chlorosomes (Chlorobium type vesicles) in freeze-fractured cells of Chloroflexus aurantiacus. Arch. Microbiol. 119, 269-277.

113. Staehelin L.A., Golecki J.R., Drews G. 1980. Supramolecular organization of chlorosomes (Chlorobium vesicles) and of their membrane attachment sites in Chlorobium limicola. Biochim. Biophys. Acta. 589(1), 30—45.

114. Struve W.S. 1995. Theory of electronic energy transfer. In: Anoxygenic Photosynthetic Bacteria. Eds. Blankenship R.E., Madigan M.T., Bauer C.E. Dordrecht: Kluwer Academic Publishers, pp 297-313.

115. Taisova A.S., Keppen O.I., Lukashev E.P., Arutyunyan A.M., Fetisova Z.G. 2002. Study of the chlorosomal antenna of the green mesophilic filamentous bacterium Oscillochloris trichoides. Photosynth. Res. 74(1), 73—85.

116. Tronrud D.E., Wen J., Gay L., Blankenship R.E. 2009. The structural basis for the difference in absorbance spectra for the FMO antenna protein from various green sulfur bacteria. Photosynth. Res. 100, 79-87.

117. Triiper H.G., Pfennig N. 1992. The family Chlorobiaceae. In: Balows A., Triiper H.G., Dworkin M., Schliefer K.H. and Harder W. (eds) The Prokaryotes. Springer-Verlag, Berlin, p. 3583-3592.

118. Tsukatani Y., Wen J., Blankenship R.E., Bryant D.A. 2010. Characterization of the FMO protein from the aerobic chlorophototroph, Candidatus Chloracidobacterium thennophilum. Photosynth. Res. 104, 201-209.

119. Van Amerongen H., Vasmel H., van Grondelle R. 1988. Linear dichroism of chlorosomes from Chloroflexus aurantiacus in compressed gels and electric fields. Biophys. J. 54, 65-76.

120. Van Dorssen R.J., Amesz J. 1988. Pigment organization and energy transfer in the green photosynthetic bacterium Chloroflexus aurantiacus. III. Energy transfer in whole cells. Photosynthesis Research. 15, 177-189.

121. Van Dorssen R.J., Gerola P.D., Olson J.M., Amesz J. 1986a. Optical and structural properties of chlorosomes of the photosynthetic green sulfur bacterium Chlorobium limicola. Biochim. Biophys. Acta. 848, 77-82.

122. Van"Dorssen R.J., Vasmel H., Amesz J. 1986b. Pigment organization and energy transfer in the green photosynthetic bacterium Chloroflexus aurantiacus II. The chlorosome. Photosynthesis Research. 9, 33-45.

123. Van Niel C.B. 1931. On the morphology and physiology of the purple and green bacteria. Arch. Mikrobiol. 3, 1-12.

124. Van Niel C.B. 1941. The bacterial photosynthesis and their importance for the general problem of photosynthesis. Adv. Enzymol. 1, 263-328.

125. Vasmel, H., van Dorssen R. J., De Vos G. J., Amesz J. 1986. Pigment organization and energy transfer in the green photosynthetic bacterium Chloroflexus aurantiacus: I. The cytoplasmic membrane. Photosynth. Res. 7, 281-294.

126. WalzT., Ghosh R. 1997. Two-dimensional crystallization of the light-harvesting I reaction centre photo unit from Rhodospirillum rubrum. J. Molec. Biol. 265, 107-111.

127. Xin Y., Lin S., Montano G.A., Blankenship R.E. 2005. Purification and characterization of the B808-866 light-harvesting complex from green filamentous bacterium Chloroflexus aurantiacus. Photosynth. Res. 86, 155—163.

128. Yakovlev A.G., Taisova A.S., Fetisova Z.G. 2002b. Light control over the size of an antenna unit building block as an effecient strategy for light harvesting in photosynthesis. FEBS Lett. 512(1), 129-132.

129. Yang M., Fleming G.R. 2002. Influence of phonons on exciton transfer dynamics: comparison of the Redfield, Forster, and modified Redfield equations. Chem. Phys. 275, 355-372.

130. Zhang W. M., Meier T., Chernyak V., Mukamel S. 1998. Exciton-migration and three-pulse femtosecond optical spectroscopies of photosynthetic antenna complexes. J. Chem. Phys. 108(18), 7763 7774.

131. Zuber H., Brunisholz R.N. 1991. Structure and function of antenna polypeptides and chlorophyll protein complexes: principles and variability. Chlorophylls. Edited by H. Scheer. Boca Raton, Ann Arbor, Boston, London: CRC Press. P. 627-703.

132. Zuber H., Cogdell R.J. 1995. Structure and Organization of Purple Bacterial Antenna Complexes. Anoxygenic Photosynthetic Bacteria. Eds. Blankenship R.E., Madigan M.T., Bauer C.E. Dordrecht; Boston; London: Kluwer Acad. Publishers, 1995. P. 315-348.

Информация о работе

Зобова, Анастасия Валерьевна
кандидата биологических наук
Москва, 2010
ВАК 03.01.02

Диссертация

Проблемы оптимизации структуры светособирающих суперантенн фотосинтезирующих зеленых бактерий - тема диссертации по биологии, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы