Научный журнал
Успехи современного естествознания
ISSN 1681-7494
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,736

МОДЕЛИРОВАНИЕ ЭТАПОВ ФОТОСИНТЕЗА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МОДИФИЦИРОВАННЫХ ЧАСТИЦ ФСI

Климова Я.А. Перевозчикова Н.М. Ткачевская Е.П. Миронов А.Ф.

Исследование механизмов фотосинтеза необходимо для понимания на молекулярном уровне процессов трансформации световой энергии в химическую. Известно, что в фотосинтезе задействованы два больших белковых комплекса - фотосистема II и фотосистема I (ФСI). Центральная часть ФСI составлена из гомологичных цепей PsaA и PsaB, за которыми следует цепь PsaC. Первые две цепи имеют в качестве редокс-активных кофакторов димер хлорофиллов (P700), четыре хлорофилла а (A и A0), два филлохинона (A1) и один железосерный кластер (FX), а PsaC содержит два железосерных кластера (FA и FB). В процессе электронного транспорта электрон проходит по цепи кофакторов от первичного донора Р700 до терминального акцептора FX. Наиболее интересным и до сих пор наименее изученным является участок электрон-транспортной цепи, на котором задействован филлохинон (витамин К1).

Витамин К1 (2-метил-3-фитил-1,4-нафтохинон) выполняет роль вторичного акцептора в комплексе фотосистемы I высших растений, водорослей и цианобактерий. В процессе переноса электрона филлохинон функционирует в сопряжении с белковыми молекулами, претерпевая цикл превращений: хинон - гидрохинон - хинон. Эти окислительно-восстановительные реакции могут иметь либо ионный, либо радикальный механизм.

Существует гипотеза о промежуточном состоянии в ФСI витамина К1 в виде нафтохроманола (2,5 - диметил - 2 - (4,8,12 - триметилтридецил) - 3,4 - дигидро - 2Н - нафто[1,2-в]пиран - 6 - ола), который можно рассматривать как структурный изомер дигидровитамина К1.

Для подтверждения возможности образования нафтохроманола в ФСI при трансформации филлохинона в его восстановленную форму мы выделяли из листьев шпината и модифицировали частицы ФСI экстракцией вторичного акцептора органическими растворителями с последующей реконструкцией его функции за счет экзогенных витамина К1 и нафтохроманола. Получали комплексы ФСI, содержащие:

  • 1 нативную и 1 экзогенную молекулу филлохинона;
  • 1 нативную молекулу филлохинона и 1 экзогенную молекулу нафтохроманола;
  • 1 нативную молекулу филлохинона и эквимолярную смесь экзогенных филлохинона и нафтохроманола;
  • 2 экзогенные молекулы филлохинона;
  • 2 экзогенные молекулы нафтохроманола;
  • эквимолярную смесь экзогенных филлохинона и нафтохроманола.

Образцы модифицированных частиц ФСI исследовали с помощью регистрации светоиндуцированных абсорбционных изменений в ответ на единичные вспышки света при 703 нм, отражающие окислительно-восстановительные свойства первичного донора электрона Р700.

В частицах ФСI без одной молекулы филлохинона при встраивании экзогенных А1-компонентов наблюдалось увеличение доли окисленого Р700, самый высокий процент был отмечен для витамина К1 (17,2%). Нафтохроманол, возможно, встраиваясь в комплекс ФСI, увеличивал степень окисления Р700 на ~9%. При реконструкции эквимолярной смесью филлохинон/нафтохроманол мы зарегистрировали конкуренцию нафтохроманола с витамином К1.

В частицах ФСI без двух молекул филлохинона отмечено незначительное окисление Р700. Результаты этого эксперимента служат доказательством решающей роли филлохинона в процессе переноса электрона. Невысокую активность можно объяснить гетерогенностью, свойственной ФСI, не позволяющей модифицировать ~10-20% комплексов. При встраивании экзогенных А1-компонентов в частицы ФСI, не содержащие вторичного акцептора А1, отмечено увеличение доли окисленного Р700 на ~76-300 %. Это связано с тем, что частицы ФСI, не содержащие ни одного А1, стремятся включить экзогенный нафтохинон и тем самым восстановить перенос электрона к кластеру FX. Также нами было отмечено, что система, содержащая одну эндогенную молекулу филлохинона, работает эффективнее, нежели система с двумя экзогенными молекулами. При встраивании двух молекул нафтохроманола также наблюдалось увеличение доли окисленного Р700. Примечательно, что в конкурентной реакции с витамином К1 количество молекул нафтохроманола, встроенного в частицы ФСI, увеличивалось в 3 раза.

Результаты, полученные методом оптической спектроскопии свидетельствуют о существенной роли филлохинона в процессе переноса электрона, а также подтверждают предположение о возможном участии нафтохроманола как структурного изомера дигидровитамина К1 в процессе переноса электрона в ФСI.


Библиографическая ссылка

Климова Я.А., Перевозчикова Н.М., Ткачевская Е.П., Миронов А.Ф. МОДЕЛИРОВАНИЕ ЭТАПОВ ФОТОСИНТЕЗА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МОДИФИЦИРОВАННЫХ ЧАСТИЦ ФСI // Успехи современного естествознания. – 2004. – № 10. – С. 34-35;
URL: http://natural-sciences.ru/ru/article/view?id=13562 (дата обращения: 22.10.2019).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074