РОЛЬ ПЕРЕХОДНЫХ МЕТАЛЛОВ В БИОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ. Mn-БЕЛКОВЫЙ ЦЕНТР ОКИСЛЕНИЯ ВОДЫ И ЕГО ФУНКЦИОНИ
10.09.2010 г.

РОЛЬ ПЕРЕХОДНЫХ МЕТАЛЛОВ В БИОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ. Mn-БЕЛКОВЫЙ ЦЕНТР ОКИСЛЕНИЯ ВОДЫ И ЕГО ФУНКЦИОНИРОВАНИЕ В ПРОЦЕССЕ ФОТОСИНТЕТИЧЕСКОГО ОБРАЗОВАНИЯ КИСЛОРОДА


Н. И. Шутилова, Д. Н. Моисеев

Институт фундаментальных проблем биологии РАН, 142290 г. Пущино Моск. области, ул Институтская, д. 2

Поступила в редакцию 01.12.2009 г.

Образование кислорода при фотосинтезе происходит в результате фотоокисления молекул внутриклеточной воды и является одним из основных и наиболее трудно поддающихся расшифровке процессов живой природы. Установлено, что образование О2 осуществляется в кислородвыделяющем комплексе (КВК) мембран хлоропластов за счет эффективной трансформации энергии поглощенного света в химическую энергию окислительных эквивалентов, локализованных на катионах Mn водоокисляющего центра КВК. На основании исследований молекулярного состава, фотохимических свойств и структурной организации изолированного кислородвыделяющего комплекса установлено, что КВК представляет собой димер пигмент-белково-липидных комплексов фотосистемы 2 (ПБЛК ФС-2), ассоциированных по правилу зеркальной симметрии в единую структуру на основе гидрофобных связей. Изучение закономерностей функционирования КВК позволило разработать механизм фотосинтетического окисления воды и образования кислорода, основанный на концепции формирования двух-анодного реактора водоокисляющего центра, что обусловлено симметрией расположения структурных Д1-белков и унидентатных лигандов (TyrZ), координационно связанных с катионами Mn, осуществлющими окисление молекул воды в структуре гидрофобного котла. Принимая во внимание эти данные, нами проведено квантово-химическое моделирование реакционного процесса, которое подтвердило разработанный механизм. Показано, что его протекание возможно и в мономерном комплексе ФС-2, структура которого детерминируется гомологичными Д1/Д2-белками.

Список литературы

  1. Шутилова Н.И. // Успехи современной биологии. 1999. Т. 119. С. 42.
  2. Barber J. // Curr. Opin. Struct. Biol. 2002. V. 12. P. 523.
  3. Комиссаров Г.Г. Фотосинтез: физико-химический подход. М.: Эдиториал УРСС, 2002. С. 223.
  4. Кутюрин В.М. // Изв. АН СССР Сер. биол. 1970. № 4. С. 569.
  5. Шутилова Н.И., Кутюрин В.М. // Физиология растений. 1976. Т. 23. С 43.
  6. Шутилова Н.И. Дис. ... д-ра биол. наук. М.: ИБХФ им. Н.М. Эмануэля, 1997.
  7. Шутилова Н.И. // Биофизика. 2000. Т. 45. С. 51.
  8. Шутилова Н.И. // Биол. мембраны. 2006. Т. 23. С. 355.
  9. Zouni A., Witt H., Kern J. et al. // Nature. 2001. V. 409. P. 739.
  10. Ferreira K.N., Iverson T.M., Maghlaoui K. et al. // Science. 2004. V. 303. P. 1831.
  11. Kok B., Forbush B., McGloin M. // Photochem. Photobiol. 1970. V. 11. P. 457.
  12. Vrettos J.S., Limburg J., Brudvig G.W. // Biochim. et Biophys. Acta. 2001. V. 1503. P. 229.
  13. Hillier W., Wydrzynski T. // Biochim. et Biophys. Acta. 2001. V. 1503. P. 197.
  14. Шутилова Н.И., Климов В.В., Антропова Т.М., Шныров В.Л. // Биохимия. 1992. Т. 57. С. 1508.
  15. Shutilova N.I., Semenova G.A., Klimov V.V., Shnyrov V.L. // Biochemistry and Molecular Biology International. 1995. V. 35. P. 1233.
  16. Блюменфельд Л.А. Проблемы биологической физики. М: Наука, 1977. 336 с.
  17. Laikov D.N. // Chem. Phys. Lett. 1997. V. 281. P. 151.
  18. Семенов Н.Н., Шилов А.Е., Лихтенштейн Г.И. // Докл. АН СССР. 1975. Т. 221. С. 1374.
  19. Шутилова Н.И., Климов В.В., Шувалов В.А., Кутюрин В.М. // Биофизика. 1975. Т. 20. С. 844.
  20. Кутюрин В.М., Шутилова Н.И. // Биофизика. 1976. Т. 20. С. 246.
  21. Шутилова Н.И., Жигальцова З.В., Кутюрин В.М. // Физиол. раст. 1976. Т. 23. С. 452.
  22. Шутилова Н.И., Кадошникова И.Г., Козловская Н.Г. и др. // Биохимия. 1979. Т. 44. С. 1160.
  23. Шутилова Н.И., Кадошникова И.Г., Смолова Т.Н., Климов В.В. // Биохимия. 1987. Т. 52. C. 1958.
  24. Шутилова Н.И., Стрижова В.П., Христин М.С. и др. // Биол. мембраны. 1990. Т. 7. С. 359.
  25. Семенова Г.А., Шутилова Н.И. // Биол. мембраны. 1996. Т. 13. С. 138.
  26. Вершинин А.В., Шутилова Н.И. // Генетика. 1980. Т. XVI. С. 692.
  27. Shutilova N.I., Faludi-Daniel A., Kliimov V.V. // FEBS Lett. 1982. V. 138. P. 255.
  28. Шутилова Н.И., Демидова Л.Н., Кадошникова И.Г. и др. // Биохимия. 1982. Т. 47. С. 317.
  29. Шутилова Н.И., Ананьев Г.М., Закржевский Д.А. // Докл. АН СССР. 1980. Т. 253. С. 1263.
  30. Мамедов М.Д., Бешта О.Е. Шутилова Н.И. и др. // Биохимия. 2000. Т. 65. С. 854.
  31. Takahashi T., Inoue-Kashino N., Ozawa S. et al. // J. Biol. Chem. 2009. V. 284. P. 15598.