Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Светозависимые изменения структурно-функционального состояния тилакоидной системы хлоропластов в присутствии гетероциклических и третичных проникающих аминов

ВАК РФ 03.00.04, Биохимия

Содержание диссертации, кандидата биологических наук, Агафонов, Алексей Валентинович

1. Введение.

2. Обзор литературных данных.

2.1. Общая характеристика проникающих аминов.

2.2. Распределение проникающих аминов между двумя водными фазами, разделенными мембраной.

Закон распределения протонированной формы аминов.

2.2.2. Зависимость распределения молекул аминов отрН среды и рК протонируемой группы амина.

2.3. Энергозависимое поглощение проникающих аминов тилакоидами

2.3.1. Взаимосвязь поглощения аминов со стимуляцией поглощения протонов.

2.3.2. Факторы, определяющие величину поглощения.

2.4. Взаимодействие проникающих аминов с тилакоидной мембраной

2.4.1. Растворение молекул амина в липидном матриксе.

2.4.2. Связывание катионов амина с анионными центрами белков.

2.5. Действие проникающих аминов на процессы трансформации энергии в тилакоидах.

2.5.1. «Классическое» разобщение электронного транспорта и синтеза АТФ.

2.5.2. Эффект Герша.

2.5.3. Эффекты амфифильных третичных аминов. Гипотеза «селективного» разобщения.

2.5.4. Концентрационные диапазоны проникающих аминов.

3. Объект и методы исследования.

3.1. Выделение тилакоидной системы хлоропластов из листьев гороха.

3.2. Исследование ультраструктуры тилакоидной системы с помощью электронной микроскопии.

3.3. Расчет поглощения катионов амина тилакоидами.

3.4. Исследование функций тилакоидной системы.

3.4.1. Измерение реакций транспорта электронов.

3.4.2. Определение скорости фотофосфорилирования.

4. Результаты.

4.1. Светоиндуцируемое накопление катионов проникающих аминов в тилакоидах.

4.2. Энергозависимые изменения ультраструктуры тилакоидов в присутствии проникающих аминов.

4.2.1. Гетерогенное набухание тилакоидов в присутствии гетероциклических аминов.

4.2.2. Образование сети межтилакоидных анастомозов, индуцируемое третичными аминами.

4.2.3. Механизм конформационных изменений тилакоидной системы

4.3. Влияние проникающих аминов на функциональное состояние тилакоидных мембран.

4.3.1. Функционирование электрон-транспортной цепи.

4.3.2. Сопряжение энергопреобразующих реакций и синтез АТФ.

4.4. Роль ионных взаимодействий в структурно-функциональной организации тилакоидной системы.

Введение Диссертация по биологии, на тему "Светозависимые изменения структурно-функционального состояния тилакоидной системы хлоропластов в присутствии гетероциклических и третичных проникающих аминов"

Вопрос о механизмах сопряжения реакций электронного транспорта и синтеза АТФ, протекающих на энергосопрягающих мембранах, является одним из фундаментальных вопросов биоэнергетики. Среди подходов, используемых для изучения этой проблемы, важное место отводится исследованию эффектов, вызываемых «разобщителями» - соединениями, которые нарушают сопряжение реакций электронного транспорта и фосфорилиро-вания. «Проникающие амины» (ПА), которые изучаются в настоящей работе, - одна из групп разобщителей; их разобщающее действие связано со способностью снижать протонный градиент (АрН) на сопрягающих мембранах. В максимальной степени этот эффект проявляется на тилакоидах хлоропластов, поскольку АрН вносит основной вклад в величину электрохимического градиента протонов (A|iH+), генерируемого на тилакоидной мембране [Avron, 1987]. Работы, в которых изучалось действие ПА на хлоропласта, сыграли важную роль в развитии мембранной биоэнергетики. Так, ранние работы (конца 50-х—начала и середины 60-х годов) по изучению разобщающего действия ПА способствовали разработке хемиосмоти-ческой теории сопряжения [Krogmann D. W. et al., 1959, Good, 1960; Hind and Whittingham, 1963; Hind and Jagendorf, 1965; Izawa and Good, 1966(a); Izawa and Good, 1966(b)]. Позже был обнаружен эффект стимуляции синтеза АТФ субразобщающими концентрациями ПА [Giersch, 1981; Giersch, 1982]; механизм этого явления детально обсуждался в рамках дискуссии о локальном и делокализованном сопряжении [Pick and Weiss, 1988; Sigalat et al., 1988; Allnutt et al., 1991]. Кроме того, в начале 70-х годов были разработаны методы определения АрН на тилакоидных мембранах с помощью ПА [Rottenberg et al., 1971, Rottenberg et al., 1972; Schuldiner et al, 1972; Rotten-berg and Grunwald, 1972]. Этот подход нашел широкое применение в последующих работах по мембранной биоэнергетике хлоропластов.

Несмотря на то, что общее представление о механизме разобщающего действия ПА сформировалось еще не ранних этапах их изучения, до сих пор остается немало открытых вопросов, касающихся специфики действия различных групп ПА. Особенно интересны в этом плане амфифильные и липофильные ПА, способные взаимодействовать с компонентами биологических мембран.

Цель данной работы состояла в том, чтобы исследовать структурно-функциональные изменения тилакоидов в присутствии ПА, принадлежащих к двум различным группам и отличающихся друг от друга, в частности, особенностями связывания с мембранами. Первую группу можно охарактеризовать как группу гетероциклических ПА, поскольку они содержат протонируемый атом азота в составе гетероцикла. В рамках диссертационной работы изучались два представителя этой группы: нейтральный красный и 9-аминоакридин. Эти два соединения широко используются в работах биоэнергетического профиля для определения ДрН на тилакоидных мембранах [Shuldiner et al., 1972; Pick and Avron, 1976(b); Siefermann-Harms, 1978; Haraux and De Kouchkovsky, 1980;]. Другая группа - это липидопо-добные третичные ПА, у которых третичный атом азота соединен с гидрофобным «хвостом». К подобному типу веществ относятся, в частности, локальные анестетики прокаинового ряда. В работе анализируются два представителя этой группы ПА: тетракаин и дибукаин.

Одним из отправных пунктов настоящего исследования были работы Jlaania (Laasch and Weis, 1988; Laasch and Weis, 1989; Laasch, 1989; Giinther and Laasch, 1990; Giinther and Laasch, 1991; Laasch et al., 1991), в которых исследовалось влияние аминных локальных анестетиков на функционирование хлоропластов. Основываясь на полученных результатах, Лааш охарактеризовал локальные анестетики прокаинового ряда как новую группу разобщителей - «селективных разобщителей». Однако в экспериментах Лааша был сомнительный методический момент, который требовал серьезной проверки. Исследуя эффекты третичных ПА, Лааш в то же время использовал для определения ДрН на тилакоидной мембране 9-аминоакридин. Но насколько правомерно использование одних ПА в качестве ЛрН-индикаторов, когда в среде присутствуют другие ПА? С этого вопроса и началась данная работа, целью которой стало, в конце концов, выяснение механизма действия на тилакоидную систему и третичных аминных локальных анестетиков, и гетероциклических АрН-индикаторов.

В работе исследовался микромолярный диапазон концентраций ПА. Именно в этом диапазоне эффекты ПА трудно интерпретируемы и неоднозначны. В рамках экспериментальной части данной работы задачи были поставлены следующим образом:

• охарактеризовать светозависимое поглощение катионов ПА тилакоида-ми, в частности, исследовать возможность конкуренции между катионами различных ПА за центры связывания на тилакоидной мембране;

• проверить, не происходит ли набухания тилакоидов (или каких-либо других изменений их ультраструктуры) в присутствии ПА;

• исследовать влияние ПА на реакции электронного транспорта и фото-фосфорилирования;

В результате проведенных экспериментов было показано, что энергозависимое накопление катионов1 гетероциклических и третичных ПА в люмене тилакоидов приводит к значительным изменениям структуры и функций тилакоидной системы. Были выявлены и охарактеризованы два новых вида изменений ультраструктуры тилакоидов: гетерогенное набухание тилакоидов в присутствии гетероциклических ПА и образование сети межтилакоидных анастомозов под воздействием третичных ПА. Было обнаружено, что и те и другие амины, наряду с разобщающим эффектом, оказывают еще и ингибирующее действие на уровне некоторых участков ЭТЦ, поэтому общая картина их влияния на функционирование тилакоидов отличается от той, которая характерна для классических разобщителей.

1 Здесь и далее, когда речь идет о накоплении (аккумуляции и т.п.) катионов ПА в тила-коидах, то подразумевается, что ПА проникают в тилакоиды в нейтральной форме и уже затем протонируются. То есть под накоплением катионов подразумевается не процесс их проникновения в люмен (катионы ПА практически не проникают через мембрану), а конечный результат распределения протонированной формы ПА в системе в состоянии равновесия.

Заключение Диссертация по теме "Биохимия", Агафонов, Алексей Валентинович

6. Выводы

1. Показано, что светозавнснмое накопление гетероциклических и третичных проникающих аминов в тилакоидном люмене в значительной мере определяется связыванием их катионов с отрицательно заряженными группами на внутренней поверхности тилакоидной мембраны.

2. Обнаружены два новых вида структурных изменений тилакоидной системы: гетерогенное набухание тилакоидов в присутствии гетероциклических аминов и образование сети межтилакоидных анастомозов, индуцируемое третичными аминами. Показано, что эти изменения ультраструктуры тилакоидов энергозависимы и полностью или частично обратимы в темноте.

3. Получены данные об ингибирующем действии микромолярных концентраций гетероциклических и третичных аминов на фотосистему 2.

4. Выявлено торможение электронного транспорта гетероциклическими аминами на участке электрон-транспортной цепи между 2-ой и 1-ой фотосистемами.

5. Показано, что наряду со способностью разобщать транспорт электронов и фотофосфорилирование, гетероциклические и, в меньшей степени, третичные ПА также способны блокировать пути выхода протонов из тилакоидов через канал АТФ-синтазы.

5. Заключение

Итак, настоящая работа показывает, что в субразобщающем диапазоне концентраций гетероциклические и третичные ПА вызывают существенные изменения структурно-функционального состояния тилакоидной системы. Мы наблюдаем:

• конформационные изменения мембран;

• торможение электронного транспорта на одних участках цепи и ускорение его на других;

• ингибирование синтеза АТФ.

Общая картина всех этих изменений слишком сложна, чтобы ее можно было охарактеризовать каким-то одним термином. Поэтому старый спор о том, являются ли ПА классическими разобщителями или «десопря-гателями», в данном случае, наверное, не имеет смысла. Как уже говорилось выше, более точное определение ПА заключается в том, что они являются обратимыми модификаторами карбоксильных групп.

По-видимому, одна из главных причин, в силу который возникали затруднения при интерпретации эффектов ПА, лежит в методической области. В исследованиях по биоэнергетике хлоропластов широкое распространение получил метод оценки градиента рН на тилакоидной мембране с помощью ДрН-индикаторов. Однако использование этих агентов, которые сами являются проникающими аминами, недопустимо, когда в среде присутствуют другие ПА. Результатом будет сильно заниженная оценка величины АрН на мембране, что приведет к неверным выводам. А, собственно, основная исходная посылка данной работы заключается как раз в том, что на мембране сохраняется, по крайней мере, частично, градиент рН и соответствующий ему градиент протонированной формы амина. Именно это базисное положение позволяет понять те структурно-функциональные изменения тилакоидной системы, которые мы наблюдаем в присутствии ПА.

Причиной большинства этих изменений, судя по всему, является связывание катионов ПА на люменальной поверхности мембраны. При этом особенности взаимодействия гетероциклических и третичных ПА с мембраной определяют специфику и структурных, и функциональных изменений тилакоидов. Мы видим, что эффекты ПА могут быть весьма разнообразными. Тем не менее, все они могут быть объяснены с одних и тех же позиций, а именно, с точки зрения взаимодействия ПА с ионогенными группами мембраны, что может повлечь за собой ряд последствий:

• нарушение ионных связей между белковыми комплексами;

• изменение конформации белков;

• дисбаланс сил латерального давления на внутренней и внешней поверхности мембраны;

• разрушение, блокирование или циклическое «закорачивание» мембран-но-локализованных путей переноса протонов в люменальном компар-тменте.

Эффекты ПА, обнаруженные в данной работе, касаются не только структурно-функциональной организации тилакоидной системы. Образование сети межмембранных анастомозов, индуцируемое третичными ПА, -это явление, которое, наверное представляет интерес для мембранной биологии в целом. Хотелось бы особо подчеркнуть, что в данном случае в роли действующего фактора выступает градиент катионов амина на мембране. Рассматривая этот момент в широком плане, можно было бы даже говорить о некоей новой роли, которую может играть трансмембранный ионный градиент в клеточных системах. Проблему, которая поднимается в данном случае, можно было бы охарактеризовать как энергозависимый фолдинг мембран. Суть его состоит в активном создании и поддержке трансмембранной гетерогенности липидного бислоя, с той целью, чтобы возникающий при этом дисбаланс сил латерального давления на разных сторонах мембраны приводил к конформационным изменениям мембран, например, к образованию и росту мембранных складок. Такое явление могло бы иметь место в каких-то клеточных процессах, например, в процессах новообразования мембранных везикул и т.п.

77

Библиография Диссертация по биологии, кандидата биологических наук, Агафонов, Алексей Валентинович, Пущино

1. Владимиров Ю. А., Добрецов Г. Е. Флуоресцентные зонды в исследовании биологических мембран //М.: Наука, 1980

2. Кренделева Т. Е., Кауров Б. С., Тулбу Г. В., Рубин А. Б. Взаимосвязь индуцированного светом тушения флуоресценции атебрина и фотосинтетического транспорта электронов в изолированных хлоропластах гороха//Биофизика, 1976, т. 21, стр. 524-528

3. Кузнецова Е. А., Кукушкин А. К. Тушение флуоресценции 9-аминоакридина и атебрина в хлоропластах при различных рН //Биофизика, 1981, т. 26, вып. 4, стр. 683-686

4. Опанасенко В. К. Гистерезис протонирования/депротонирования хлоропластов во время кислотно-щелочного титрования в диапазоне рН 58 //Биохимия, 1993, т. 58, № 5, стр. 716-723

5. Опанасенко В. К., Губанова О. Н., Агафонов А. В. Проблема измерения трансмембранного градиента рН в присутствии липофильных аминов //Биохимия, 1995(a), т. 60, № 6, стр. 917-924

6. Опанасенко В. К., Семенова Г. А., Агафонов А. В., Губанова О. Н. Образование сетевидных мембранных структур при энергизации хлоропластов в присутствии локальных анестетиков //Биохимия, 1995(b), т. 60, № 12, стр. 2053-2057

7. Опанасенко В. К., Семенова Г. А., Агафонов А. В., Губанова О. Н. Действие ЛрН-индикаторов нейтрального красного и 9-аминоакридина на ультраструктуру хлоропластов //Биохимия, 1996, т. 60, № 8, стр. 1526-1532

8. Орт Д. Р., Говинджи Преобразование энергии при фотосинтезе //Фотосинтез (под ред. Говинджи), М: Мир, 1987, том 1, стр. 8-89

9. Семенова Г. А., Шутилова Н. И. Влияние хранения при низких положительных температурах на структуру, функциональную активность и липидный состав хлоропластов //Биологические мембраны, т. 13, № 2, стр. 138-145

10. Семин Б. К., Лядский В. В., Чудиновских М Н., Венедиктов П. С., Иванов И. И. Влияние локальных анестетиков на выход быстрой (F0) и переменной (Fv) флуоресценции хлоропластов //Биофизика, 1988(a), т. 33, №3, стр. 448-451

11. Семин Б. К., Чудиновских М. Н., Иванов И. И. Изучение влияния локальных анестетиков на транспорт электронов в хлоропластах гороха //Биохимия, 1986, т. 51, № 4, стр. 546-552

12. Семин Б. К., Чудиновских М. Н., Иванов И. И. Изучение механизма ингибирования локальными анестетиками транспорта электронов на донорном участке ФС II //Биохимия, 1987, т. 52, № 8, стр. 1279-1285

13. Семин Б. К., Чудиновских М. Н., Тимофеев К. Н., Иванов И. И. Влияние соединений, взаимодействующих с Са2+-связывающими участками на сигнал IIS хлоропластов гороха //Биофизика, 1988(b), т. 33, № 5, стр. 809-811

14. Скулачев В. П. Энергетика биологических мембран //М: Наука, 1989

15. Тихонов А. Н., Блюменфельд JI. А. Концентрация водородных ионов в субклеточных частицах: физический смысл и методы определения //Биофизика, 1985, т. 30, вып. 3, стр. 527-537

16. Adade А. В., O'Brian К. L., Vanderkooi G. Temperature dependence and mechanism of local anesthetic effects on mitochondrial adenosinetriphos-phatase //Biochemistry, 1987, vol. 26, p. 7297-7303

17. Albertsson P.-A. The structure and function of the chloroplast photosyn-thetic membrane: a model for the domain organization //Photosynth. Res., 1995, vol. 46, p. 141-149

18. Albertsson P.-A., Andreasson E., Svensson P., Yu S.-G. Localization of cytochrome / in the thylakoid membrane: evidence for multiple domains //Biochim. Biophys. Acta, 1991, vol. 1098, p. 90-94

19. Allnutt F. С. Т., Ewy R., Renganathan M., Pan R. S., Dilley R. A. Nigericin and hexylamine effects on localized proton gradients in thylakoids, Biochim. Biophys. Acta, 1991, vol. 1059, p. 28-36

20. Allred D. R., Staehelin L. A., Implication of cytochrome b6lf location for thylakoid electron transport //J. Bioenerg. Biomembr., 1986, vol. 18, no. 5, p. 419-436

21. Arnon D. J. //Plant Physiol., 1949, vol. 24, p. 1-15

22. Avron M. Photophosphorylation in chloroplasts //Photosynthesis (edited by Amesz J.), Elsevier Science Publishers, 1987, p. 159-173

23. Azzi A. The application of fluorescent probes in membrane studies //Quart. Rev. Biophys., 1975, vol. 8, p. 237-316

24. Azzi A., Fabbro A., Santato M., Gherardini P. L. Energy transduction in mitochondrial fragments. Interaction of the membranes with acridine dyes //Eur. J. Biochem., 1971, vol. 21, p. 404-410

25. Baker G. M., Bhatnagar D., Dilley R. A. Proton release in photosynthetic water oxidation. Evidence for proton movement in a restricted domain //Biochemistry, 1981, vol. 20, p. 2307-2315

26. Baker G. M., Bhatnagar D., Dilley R. A. Site-specific interaction of ATP-ase-pumped protons with photosystem II in chloroplast thylakoid membranes //J. Bioenerg. Biomembr., 1982, vol. 14, p. 249-264

27. Barber J. Composition, organization, and dynamics of the thylakoid membrane in relation to its function //The biochemistry of plants. A comprehensive treatise. Acad. Press, 1987, vol. 10, p. 75-130

28. Barber J. Influence of surface charges on thylakoid structure and function //Ann. Rev. Plant Physiol., 1982, vol. 33, p. 261-295

29. Barber J. Regulation of energy transfer by cations and protein phosphorylation in relation to thylakoid membrane organization //Photosynth. Res., 1986, no. 10, p. 243-253

30. Barber J., Gounaris K. What role does sulpholipid play within the thylakoid membrane? //Photosynth. Res., 1986, vol. 9, p. 239-249

31. Barr R., Troxel K. S., Crane F. L. Calmodulin antagonists inhibit electron transport in photosystem II of spinach chloroplasts //Biochem. Biophys. Res. Comm., 1982, vol. 104, no. 4, p. 1182-1188

32. Beard W. A., Dilly R. A. ATP formation onset lag and post-illumination phosphorylation initiated with single-turnover flashes. I. An assay using lu-ciferin-luciferase luminescence //J. Bioenerg. Biomembr., 1988, vol. 20, no. l,p. 85-106

33. Borovyagin V. L., Sabelnikov A. G. Lipid polymorphism of model and cellular membranes as revealed by electron microscopy //Electron Microsc. Rev., 1989, vol. 2., p. 75-115

34. Bose S., Hoch E. 9-Aminoacridine binding to chloroplast membranes in dark. Reversal by Mg2+ //Z. Naturforsch., 1978, vol. 33c, p. 108-112

35. Boulanger Y., Schreier S., Smith I. C. P. Molecular details of anesthetic-lipid interaction as seen by deuterium and phosphorus-31 nuclear magnetic resonance //Biochemistry, 1981, vol. 20, p. 6824-6830

36. Chazotte В., Vanderkooi G., Chignell D. Further studies on Fl-ATPase inhibition by local anesthetics //Biochim. Biophys. Acta, 1982, vol. 680, p. 310-316

37. Chow W. S., Barber J. 9-Aminoacridine fluorescence changes as a measure of surface charge density of the thylakoid membrane //Biochim. Biophys. Acta, 1980, vol. 589, p. 346-352

38. Chow W. S, Miller C, Anderson J. M. Surface charges, the heterogeneous lateral distribution of the two photosystems, and thylakoid stacking //Biochim. Biophys. Acta, 1991, vol. 1057, p. 69-77

39. Chow W. S, Wagner G, Hope A. B. Light-dependent redistribution of ions in isolated chloroplasts //Aust. J. Plant Physiol, 1976, no. 3, 853-861

40. Clayton R. K. Photosynthesis. Physical Mechanisms and Chemical Patterns //Cambridge University Press, 1980

41. Cullis P. R, Verkleij A. J. Modulation of membrane structure by calcium ion and dibucaine as detected by phosphorus-31 NMR //Biochim. Biophys. Acta, 1979, vol. 552, no. 3, p. 546-551

42. Dabadie P, Bendriss P, Erny P, Mazat J. P. Uncoupling effects of local anesthetics on rat liver mitochondria //FEBS Lett, 1987, vol. 226, p. 77-82

43. De Benedetti E, Garlaschi F. M. On the estimation of proton gradient and osmotic volume in chloroplast membranes //J. Bioenerg. Biomembr, 1977, vol. 9, p. 195-201

44. De Kouchkovsky Y, Haraux F, Sigalat C. A microchemiosmotic interpretation of energy-dependent processes in biomembranes based on the photo-synthetic behavior of thylakoids //Bioelectrochemistry and Bioenergetics, 1984, vol. 13, p. 143-162

45. Deamer D. W, Prince R. C, Crofts A. R. The response of fluorescent amines to pH gradients across liposome membranes //Biochim. Biophys. Acta, 1972, vol. 274, p. 323-325

46. Dilley R. A, Theg S. M, Beard W. A. Membrane-proton interactions in chloroplast bioenergetics: localized proton domains //Ann. Rev. Plant Physiol, 1987, vol. 38, p. 347-389

47. Eftink M. R., Puri R. K., Ghahramani M. D. Local anesthetic-phospholipid interactions. The pH dependence of the binding of dibucaine to dimyris-toylphosphatidylcholine vesicles //Biochim. Biophys. Acta, 1985, vol. 813, p. 137-140

48. Ehrenheim A. M., Forti G., Finazzi G. The influence of membrane localized protons on energy utilization at the reaction centers of photosystem II in isolated thylakoids //Biochim. Biophys. Acta, 1991, vol. 1059, p. 106-110

49. Escudero В., Gutierrez-Merino C. Effects of local anesthetics on the passive permeability of sarcoplasmic reticulum vesicles to Ca2+ and Mg2+ //Biochim. Biophys. Acta, vol. 902, p. 374-384

50. Feinstein M. B. Reaction of local anesthetics with phospholipids. A possible chemical basis for anesthesia //J. Gen. Physiol., vol. 48, p. 357-374

51. Ferguson S. J. Fully delocalised chemiosmotic or localised proton flow pathways in energy coupling? A scrutiny of experimental evidence //Biochim. Biophys. Acta, 1985, vol. 811, p. 47-95

52. Garcia-Soto J., Fernandez M. S. The effect of neutral and charged micelles on the acid-base dissociation of the local anesthetic tetracaine //Biochim. Biophys. Acta, 1983, vol. 731, p. 275-281

53. Garlid K. D., Nakashima R. A. Studies on the mechanism of uncoupling by amine local anesthetics. Evidence for mitochondrial proton transport mediated by lipophilic ion pairs//J. Biol. Chem., vol. 258, p. 7974-7980

54. Giersch С. Photophosphorylation by chloroplasts: effects of low concentrations of ammonia and methylamine IIZ. Naturforsch, 1982, vol. 37c, p. 242-250

55. Giersch C. Stimulation of photophosphorylation by low concentrations of uncoupling amines //Biochem. Biophys. Res. Com, 1981, vol. 100, no. 2, p. 666-674

56. Good N. E. Activation of the Hill reaction by amines //Biochim. Biophys. Acta, 1960, vol. 40, p. 502-517

57. Grzesiek K, Dencher N. A. The "pH" probe 9-aminoacridine: response time, binding behavior and dimerization at the membrane //Biochim. Biophys. Acta, 1988, vol. 938, p. 411-424

58. Grzesiek K, Otto H, Dencher N. A. pH induced quenching of 9-aminoacridine in lipid vesicles is due to the excimer formation at the membrane//Biophys. J, 1989, vol. 55, p. 1101-1109

59. Gunther G, Laasch H. Binding of the lipophilic tertiary amine and 'selective' uncoupler dibucaine to thylakoid membranes //Current Research in Photosynthesis (edited by Baltscheffsky M.), Kluwer Academic Publishers, 1990, vol. IV, p. 207-210

60. Gunther G, Laasch H. Local anesthetic binding to thylakoid membranes. Relation to inhibition of light-induced membrane energization and photophosphorylation IIZ. Naturforsch, 1991, vol. 46c, p. 79-86

61. Haraux F. Localized or delocalized protons and ATP synthesis in biomem-branes //Physiol. Veg, 1985, vol. 23, no. 4, p. 397-410

62. Haraux F, De Kouchkovsky Y. Measurement of chloroplast internal protons with 9-aminoacridine //Biochim. Biophys. Acta, 1980, vol. 592, p. 153-168

63. Hianik Т., Kukushkin А. К., Yermakov Yu. A. The changes of optical, mechanical and electrical parameters of the membranes during the fluorescent probes incorporation into the bilayer //Acta Physica Univ. Comen., 1990, vol. 30, p. 111-125

64. Hind G., Jagendorf A. T. Effect of uncouplers on the conformational and high energy states of chloroplasts //J. Biol. Chem., 1965, vol. 240, p. 32023209

65. Hind G., Nakatani H. Y., Izawa S. Light-dependent redistribution of ions in suspensions of chloroplast thylakoid membranes //Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 1974, vol. 71, no. 4, p. 1484-1488

66. Hong Y. Q., Junge W. Localized or delocalized protons in photophospho-rylation? On the accessibility of the thylakoid lumen for ions and buffers //Biochim. Biophys. Acta, 1983, vol. 722, p. 197-208

67. Izawa S., Good N. E. Effect of salts and electron transport on the conformation of isolated chloroplasts. I. Light-scattering and volume changes //Plant Physiol., 1966, vol. 41, p. 533-543

68. Izawa S., Good N. E. The effect of salts and electron transport on the conformation of chloroplasts. II. Electron microscopy //Plant Physiol., 1966, vol. 41, p. 544-552

69. Johnson J. D., Pfister V. R., Homann P. H. Metastable proton pools in thylakoids and their importance for the stability of photosystem II //Biochim. Biophys. Acta, 1983, vol. 723, p. 256-265

70. Junge W., Auslander W., McGeer A. J., Runge T. The buffering capacity of the internal phase of thylakoids and the magnitude of the pH changes inside under flashing light //Biochim. Biophys. Acta, 1979, vol. 546, p. 121-141

71. Junge W., Hong Y.-Q., Theg S., Forster V., Polle A. Localized protons in photosynthesis of green plants? //Information and energy transduction in biological membranes, Alan R. Liss, Inc., 1984, p. 139-148

72. Junge W., Polle A. Theory of proton flow along appressed thylakoid membranes under both non-stationary and stationary conditions //Biochim. Biophys. Acta, 1986, vol. 848, p. 265-273

73. Kagawa Y. Proton translocating ATPase: its pump, gate, and channel //Adv. Biophys., 1978, vol. 10, p. 209-247

74. Kaminoh Y., Kamada H., Ueda J. Differential affinity of charged local anesthetics to solid-gel and liquid-crystalline states of dimyrisoylphosphatidic acid vesicle membranes //Biochim. Biophys. Acta, 1989, v. 987, 63-68

75. Kelusky E. C., Boulanger Y., Shcreier S., Smith I. P. C. A 2H-NMR study on the interaction of the local anesthetic tetracaine with membranes containing phosphatidylserine //Biochim. Biophys. Acta, 1986, vol. 856, p. 8590

76. Kick P., De Meutner J., Golormaghtigth E., Caspers J., Ruyschaert J. M. Use of 9-aminoacridine in the evaluation of liposome surface charge density; role of the adsorption on lipid sites //Bioelectrochem. Bioenerg., 1987, vol. 17, p. 277-285

77. Kraayenhof R., Brocklehurst J. R., Lee C. P. Fluorescent probes for the energized state in biological membranes //In "Biochemical fluorescence-concepts" (Ed. by Chen R. F., Edelhof H.), Marcel Dekker Inc., New York, 1976, p. 767-809

78. Kraayenhof R., De Wolf F. A., Van Walraven H. S., Krab K. The significance of interfacial charge and proton displacements for the mechanism of energy transduction in biomembranes //Bioelectrochem. Bioenerg., 1986, vol. 16, p. 273-285

79. Krogmann D. W., Jagendorf А. Т., Avron M. //Plant Physiol., 1959, vol. 34, p. 272-277

80. Laasch H. Relationship between the octanol-water partition coefficient of tertiary amines and their effect of 'selective' uncoupling of photophospho-rylation //Planta, 1989, vol. 178, p. 553-560

81. Laasch H, Ihle С, Gunther G. Detecting localized proton currents in pho-tophosphorylation by procaine inhibition of the transthylakoid pH-gradient //Biochim. Biophys. Acta, 1993, vol. 1140, p. 251-261

82. Laasch H, Schumann J, Gunther G. Inhibition of the transthylakoid gradient of electrochemical proton potential by the local anesthetic dibucaine //Planta, 1991, vol. 183, p. 567-574

83. Laasch H, Weis E. Differential sensitivity to dibucaine of photosynthetic control of electron transport and photophosphorylation in chloroplasts //Biochim. Biophys. Acta, 1988, vol. 936, p. 99-107

84. Laasch H, Weis E. Photosynthetic control, "energy-dependent" quenching of chlorophyll fluorescence and photophosphorylation under influence of tertiary amines //Photosynth. Res, 1989, vol. 22, p. 137-146

85. Laszlo J. A, Baker G. M, Dilley R. A. Nonequilibrium of membrane-associated protons with the internal aqueous space in dark-maintained chloroplast thylakoids //J. Bioenerg. Biomembr, 1984, vol. 16, p. 37-51

86. Laszlo J. A, Baker J. M, Dilley R. A. Chloroplast thylakoid proteins having buried amine buffering groups //Biochim. Biophys. Acta, 1984, vol. 764, p.160-169

87. Lawbor D. W. Photosynthesis: metabolism, control and physiology //Longman Scientific & Technical

88. Lee A. G. Model for action of local anesthetics //Nature, 1976, vol. 262, p. 545-548

89. Lee C. A fluorescent probe of the hydrogen ion concentration in ethylene-diaminetetraacetic acid particles of beef heart mitochondria //Biochemistry, 1971, vol. 10, p. 4375-4380

90. Limbacher J. H. P, Blikenstaff G. D, Bowen H. H, Wang H. H. Multie-quilibrium bindings of a spin-labeled local anesthetic in phosphatidylcholine bilayers //Biochim. Biophys. Acta, 1985, vol. 812, p. 268-276

91. Lynn W. S. Changes in internal hydrogen ion concentration associated with photophosphorylation in intact and sonically treated chloroplasts //J. Biol. Chem, 1968, vol. 243, no. 5, p. 1060-1064

92. Massari S., Dell'Antone P., Colonna R., Azzone G. F. Mechanism of ate-brine fluorescence change in energized submitochondrial particles //Biochemistry, vol. 13, p. 1038-1043

93. Massari S., Pozzan T. The interaction of organic cations with the mitochondrial membrane //Experientia, 1976, vol. 32, p. 868-869

94. Melis A. Dynamics of photosynthetic membrane composition and functions //Biochim. Biophys. Acta, 1991, vol. 1058, p. 87-106

95. Mitchell P. A commentary of alternative hypotheses of protonic coupling in the membrane systems catalysing oxidative and photosynthetic phosphorylation //FEBS Lett., 1977, vol. 78, p. 1-20

96. Mitchell P. Cation translocating adenosine triphosphatase models: how direct is the participation of adenosine triphosphate and its hydrolysis products in cation translocation //FEBS Lett., 1973, vol. 33, p. 267-274

97. Mitchell P. Chemiosmotic coupling and energy transduction //Bodmin: Glynn Res., 1968

98. Mitchell P. Chemiosmotic coupling in oxidative and photosynthetic phosphorylation //Biol. Rev., 1966(a), vol. 41, p. 445-502

99. Mitchell P. Chemiosmotic coupling in oxidative and photosynthetic phosphorylation//Bodmin: Glynn Res., 1966(b)

100. Mitchell P. Coupling of phosphorylation to electron and hydrogen transfer by a chemiosmotic type of mechanism //Nature (Lond.), 1961, vol. 191, p. 144-148

101. Mitchell P. Proton translocating mechanisms and energy transduction by adenosine triphosphatases: an answer to criticism //FEBS Lett., 1975, vol. 50, p. 95-97

102. Mitchell P., Moyle J. Estimation of membrane potential and pH difference across the cristal membrane of rat liver mitochondria //Eur. J. Biochem., 1969, vol. 7, p. 471-484

103. Mitchell P., Moyle J. Proton-transport phosphorylation: some experimental tests //Biochemistry of mitochondria (Ed. by Slater E. C. et al.), New York: Acad. Press, 1967(a), p. 53-74

104. Mitchell P., Moyle J. Respiration-driven proton translocation in rat liver mitochondria//Biochem. J., 1967(b), vol. 105, p. 1147-1162

105. Mitchell P., Moyle J. Stoichiometry of proton translocation through the respiratory chain and adenosine triphosphatase systems of rat liver mitochondria //Nature, 1965, vol. 208, p. 147-151

106. Mitchell P., Moyle J. The mechanism of proton translocation in reversible proton-translocating adenosine triphosphatases //Biochem. Soc. Spec. Suppl., 1974, vol. 4, p. 91-111

107. Miyazaki J., Hideg K., Marsh D. Interfacial ionization and partitioning of membrane-bound local anesthetics //Biochim. Biophys. Acta, 1992, vol. 1103, p. 62-68

108. Nelson N. Structure and function of protein complexes in the photosyn-thetic membrane //Photosynthesis (edited by Amesz J.), Elsevier Science Publishers, 1987, p. 213-231

109. Nishihara M., Yokota K., Kito M. Lipid molecular species composition of thylakoid membranes //Biochim. Biophys. Acta, 1980, vol. 617, p. 12-19

110. Nishizawa N., Mori S. Ultrastructure of the thylakoid membrane in tomato leaf chloroplast revealed by liquid helium rapid-freezing and substitution-fixation method //Plant Cell Physiol., 1989, vol. 30, no. 1, p. 1-7

111. Ohki S. Adsorption of local anesthetics on phospholipid membranes //Biochim. Biophys. Acta, 1984, vol. 777, p. 56-66

112. Opanasenko V. K., Red'ko T. P., Gubanova O. N., Yaguzhinsky L. S. Induction of electrogenic transfer of monovalent cations (K+, NH4+) in thylakoid membranes by N, N'-dicyclohexylcarbodiimide //FEBS Lett., 1992, vol. 307, no. 3, p. 280-282

113. Opanasenko V. K., Red'ko T. P., Kuz'mina V. P., Yaguzhinsky L. S. The effect of gramicidin on ATP synthesis in pea chloroplasts: two modes of phosphorylation //FEBS Lett., 1985, vol. 187, no. 2, p. 257-260

114. Opanasenko V. K., Semenova G. A., Agafonov A. V. Changes in the structure and the functional state of thylakoids under the conditions of osmotic shock //Photosynth. Res., 1999, vol. 62, p. 281-290

115. Ort D. R, Dilley R. A. Photophosphorylation as a function of illumination time. 1. Effects of permeant cations and permeant anions. //Biochim. Biophys. Acta, 1976, vol. 449, p. 95-107

116. Pfister V. R, Homann P. H. Intrinsic and artifactual pH buffering in chlo-roplast thylakoids //Arch. Biochem. Biophys, 1986, vol. 246, no. 2, p. 525530

117. Pick U, Avron M. A Method for Measuring the Internal pH in Illuminated Chloroplasts Based on the Stimulation of Proton Uptake by Amines //Eur. J. Biochem, 1976(a), vol. 70, p. 569-576

118. Pick U, Avron M. Neutral red response as a measure of the pH gradient across chloroplast membranes in the light //FEBS Lett, 1976(b), vol. 65, p. 348-353

119. Pick U, Weiss M. The mechanism of stimulation of photophosphorylation by amines and by nigericin //Biochim. Biophys. Acta, 1988, vol. 934, p. 2231

120. Polle A, Junge W. Proton diffusion along the membrane surface is not enhanced over that in bulk water //Biophys. J, 1989, vol. 56, p. 27-31

121. Polle A, Junge W. Transient and intramembrane trapping of pumped protons in thylakoids. The domains are delocalized and redox-sensitive //FEBS Lett, 1986, vol. 198, no. 2, p. 263-267

122. Proks P, Hianik T, Kvasnicka P. Comparison of 9-aminoacridine and ate-brine induced changes in optical, electrical and mechanical characteristics of lipid bilayers //Gen. Physiol. Biophys, 1992, vol. 11, p. 441-458

123. Quinn P. J, Williams W. P. The structural role of lipids in photosynthetic membranes //Biochim. Biophys. Acta, 1983, vol. 737, p. 223-266

124. Reeves S. G, Hall D. O. Photophosphorylation in chloroplasts //Biochim. Biophys. Acta, 1978, vol. 463, p. 275-297

125. Rottenberg H. Decoupling of oxidative phosphorylation and photophosphorylation //Biochim. Biophys. Acta, 1990, vol. 1018, p. 1-17

126. Rottenberg H., Grunwald Т. Determination of ApH in chloroplasts. 3. Ammonium uptake as a measure of ApH in chloroplasts and sub-chloroplast particles //Eur. J. Biochem., 1972, vol. 25, p. 71-74

127. Rottenberg H., Grunwald Т., Avron M. Determination of ApH in chloroplasts. 1. Distribution of 14C.methylamine //Eur. J. Biochem., 1972, vol. 25, p.54-63

128. Rottenberg H., Grunwald Т., Avron M. Direct determination of ApH in chloroplasts, and its relation to the mechanism of photoinduced reactions //FEBS Lett., 1971, vol. 13, no. 1, p. 41-44

129. Rottenberg H., Lee C. P. Energy-dependent ion accumulation in submito-chondrial particles //Biochemistry, vol. 14, p. 675-680

130. Sane P. V., Johanningmeier U., Trebst A. The inhibition of photosynthetic electron flow by DCCD. An indication for proton channels //FEBS Lett., 1979, vol. 108, no. l,p. 136-140

131. Schonfeld M., Schickler H. Modes of action of uncouplers in thylakoids //FEBS Lett., 1988, vol. 229, no. 2, p. 298-302

132. Schonfeld P., Sztark F., Slimani M., Dabadie P., Mazat J. P. Is bupivacaine a decoupler, a protonophore or a proton-leak-induce? //FEBS Lett., 1992, vol. 304, p. 273-276

133. Schreier S., Frezzatti J. W. A., Araujo P. S., Chaimovich H., Cuccovia J. M. Effect of lipid membranes on the apparent pK of the local anesthetic tetracaine: spin label and titration studies //Biochim. Biophys. Acta, 1984, vol. 769, p. 231-237

134. Schuldiner S., Rottenberg H., Avron M. Determination of ApH in chloroplasts. 2. Fluorescent amines as a probe for the determination of ApH in chloroplasts //Eur. J. Biochem., 1972, vol. 25, p. 64-70

135. Searle G. F. W., Barber J., Mills J. D. 9-Aminoacridine as a probe of the electrical double layer associated with the chloroplast thylakoid membranes //Biochim. Biophys. Acta, 1977, vol. 461, p. 413-425

136. Seddon J. M. Structure of the inverted hexagonal (HIL) phase, and non-lamellar phase transitions of lipids //Biochim. Biophys. Acta, 1990, vol. 1031, p. 1-69

137. Seelig A., Allegrin P. R, Seelig J. Partitioning of local anesthetics into membranes: surface charge effects monitored by the phospholipid head-group //Biochim. Biophys. Acta, 1988, vol. 939, p. 267-276

138. Seeman P. The membrane action of anesthetics and tranquilizers //Pharmacol. Rev., 1972, vol. 24, p. 583-655

139. Semenova G. A., Agafonov A. V., Opanasenko V. K. Light-induced reversible local fusions of thylakoid membranes in the presence of dibucaine or tetracaine //Biochim. Biophys. Acta, 1996, vol. 1285, p. 29-37

140. Semin В. K., Tshudinovskich M. N., Ivanov I. I. Local anesthetic-induced inhibition of chloroplast electron transport //Gen. Physiol. Biophys., 1989, vol. 8, p. 233-244

141. Shibata A., Ikawa K., Terada H. Site of action of the local anesthetic tetracaine in a phosphatidylcholine bilayer with incorporated cardiolipin //Biophys. J., 1995, vol. 69, p. 470-477

142. Shimooka Т., Shibata A., Terada H. The local anesthetic tetracaine destabilizes membrane structure by interaction with polar headgroups of phospholipids //Biochim. Biophys. Acta, 1992, vol. 1104, p. 261-268

143. Siefermann-Harms D. The accumulation of neutral red in illuminated thyla-koids //Biochim. Biophys. Acta, 1978, vol. 504, p. 265-277

144. Siegenthaler P.-A., Rawyler A., Smutny J. The phospholipid population which sustains the uncoupled non-cyclic electron flow activity is localized in the inner monolayer of the thylakoid membrane //Biochim. Biophys. Acta, 1989, vol. 975, p. 104-111

145. Siegenthaler P.-A., Sutter J., Rawyler A. The transmembrane distribution of galactolipids in spinach thylakoid inside-out vesicles is opposed to that found in intact thylakoids //FEBS Lett., 1988, vol. 228, no. 1, p. 94-98

146. Sigalat С., De Kouchkovsky Y., Haraux F., De Kouchkovsky F. Shift from localized to delocalized protonic energy coupling in thylakoids by permeant amines //Biochim. Biophys. Acta, 1985, vol. 934, p. 375-388

147. Skulachev V. P. The localized A|iH+ problem. The possible role of the local electric field in ATP synthesis //FEBS Lett., 1982, vol. 146, no. 1, p. 1-4

148. Skulachev V. P. Uncoupling: new approaches to an old problem of bioener-getics //Biochim. Biophys. Acta, 1998, vol. 1363, p. 100-124

149. Smith I. C. P., Auger M., Jarrell H. C. Molecular details on anesthetic-lipid interaction //Ann. NY Acad. Sci., vol. 625, p. 668-684

150. Sun X., Garlid K. D. On the mechanism by which bupivacaine conducts protons across the membranes of mitochondria and liposomes //J. Biol. Chem., 1992, vol. 267, p. 19147-19154

151. Theg S. M., Johnson J. D., Homann P. H. Proton efflux from thylakoids induced in darkness and its effect on photosystem II //FEBS Lett., 1982, vol. 145, no. l,p. 25-29

152. Vallon О, Bulte L, Dainese P, Olive J, Bassi R, Wollman F. A. Lateral redistribution of cytochrome b6lf complexes along thylakoid membranes upon state transitions//Proc. Natl. Acad. Sci USA, 1991, vol. 88, p. 82628266

153. Van Dam K, Shinohara Y, Unami A, Yoshida K, Terada H. Slipping pumps or proton leaks in oxidative phosphorylation. The local anesthetic bupivacaine causes slip in cytochrome с oxidase of mitochondria //FEBS Lett, 1990, vol. 277, p. 131-133

154. Van den Berg G, Brandse M„ Effects of N-aryl-N',N'-dialkyl-l,2-ethanediamines on ATP formation in chloroplasts. QSAR of amine uncouples //Z. Naturforsch, 1984, vol. 39c, p. 107-114

155. Van den Berg G, Brandse M, Tipker J. Effects of substituted 2-phenylamino-l,4,5,6-tetrahydropyrimidines on ATP formation in isolated spinach chloroplasts HZ. Naturforsch, 1982, vol. 37c, p. 651 -657

156. Walz D, Goldstein L, Avron M. Determination and analysis of the buffer capacity of isolated chloroplasts in the light and in the dark //Eur. J. Bio-chem, 1974, vol. 47, p. 403-407

157. Westerhoff H. V, Simonetti A. L. M, Van Dam K. The hypothesis of localized chemiosmosis is unsatisfactory //Biochem. J, 1981, vol. 200, p. 193-202

158. Wille B. Thylakoid volume, proton translocation and buffering capacity as measured with spin label techniques //Biochim. Biophys. Acta, 1988, vol. 936, p. 513-530

159. Williams R. J. P. Possible functions of chains of catalysts //J. Theor. Biol, 1961, vol. l,p. 1-1395

160. Williams R. J. P. Proton circuits in biological energy interconversions //Ann. Rev. Biophys. Chem., 1988, vol. 17, p. 71-97

161. Williams R. J. P. The connection between particle flow and mechanical, electrical and chemical work //J. Theor. Biol., 1986, vol. 121, p. 1-22

162. Williams R. J. P. The history and the hypotheses concerning ATP-formation by energised protons //FEBS Lett., 1978, vol. 85, no. 1, p. 9-19

163. Williams R. J. P. The nature of local chemical potentials. A comment on a letter by professor V. P. Skulachev //FEBS Lett., 1983, vol. 150, p. 1-3

164. Williams R. P. J. Proton diffusion and the bioenergies of enzymes in membranes //In "The enzymes of biological membranes" (Edited by Martonosi A. N.), 1985, vol. 4, p. 71-109

165. Wollenberger L., Stefansson H., Yu S.-G., Albertsson P.-A. Isolation and characterization of vesicles originating from the chloroplast grana margins //Biochim. Biophys. Acta, 1994, vol. 1184, p. 93-102

166. Yashroy R. C. Magnetic resonance studies of dynamic organization of lipids in chloroplast membranes //J. Biosci., 1990, vol. 15, no. 4, p. 281-288