Каталитическим центром кислород-выделяющего комплекса (КВК) фотосистемы 2 (ФС2) является кластер Mn4CaO5, структура которого в настоящее время расшифрована. Экстракция катионов кальция из КВК приводит к разобщению функции выделения молекулярного кислорода и электронного транспорта через ФС2 [Semin et al. Photosynth. Res. 98 (2008) 235] и одновременному появлению уширенного ЭПР сигнала с g = 2 (расщепленный «S3» сигнал). Не исключено, что это взаимосвязанные эффекты. Однако ЭПР сигнал «S3» наблюдается не только при удалении Ca2+ из КВК, но и после обработки нативных мембранных препаратов ФС2 анионами фтора, ацетата и хлоридом аммония. Ранее мы установили, что анионы фтора, подобно экстракции Ca2+, разобщают электрон-транспортные процессы и выделение кислорода. В представленной работе изучено действие хлорида и нитрата аммония на функциональную активность мембранных препаратов ФС2 с нативным КВК. Обнаружено, что как хлорид, так и нитрат аммония ингибирует выделение кислорода более эффективно, чем восстановление искусственного акцептора электронов 2,6-дихлорфенолиндофенола на акцепторной стороне ФС2, то есть действие аммония приводит к разобщению этих процессов. Предполагается, что ингибирующий эффект аммония связан с инактивацией функции Са2+.
фотосистема 2, кислород-выделяющий комплекс, аммоний
1. Umena Y., Kawakami K., Shen J.-R., Kamiya N. Crystal structure of oxygen evolving photosystem II at a resolution of 1.9 Å. Nature, 2011, vol. 473, pp. 55-60.
2. Suga M., Akita F., Hirata K., Ueno G., Murakami H., Nakajima Y., Shimizu T., Yamashita K., Yamamoto M., Ago H., Shen J.-R. Native structure of photosystem II at 1.95 Å resolution viewed by femtosecond X-ray pulses. Nature, 2015, vol. 517, pp. 99-103.
3. Cardona T., Murray J.W., Rutherford A.W. Origin and Evolution of Water Oxidation before the Last Common Ancestor of the Cyanobacteria. Mol. Biol. Evol,. 2015, vol. 32, pp. 1310-1328.
4. Ghanotakis D.F., Babcock G.T., Yocum C.F. Calcium reconstitutes high rates of oxygen evolution in polypeptide depleted photosystem II preparations. FEBS Lett., 1984, vol. 167, pp. 127-130.
5. Semin B.K., Davletshina L.N., Ivanov I.I., Rubin A.B., Seibert M. Decoupling of the processes of molecular oxygen synthesis and electron transport in Ca2+-depleted PSII membranes. Photosynth. Res., 2008, vol. 98, pp. 235-249.
6. Semin B.K., Davletshina L.N., Timofeev K.N., Ivanov I.I., Rubin A.B., Seibert M. Production of reactive oxygen species in decoupled, Ca2+-depleted PSII and their use in assigning a function to chloride on both sides of PSII. Photosynth. Res., 2013, vol. 117, pp. 385-399.
7. Ono T., Inoue Y. Abnormal redox reactions in photosynthetic O2-evolving centers in NaCl/EDTA-washed PSII. A dark-stable EPR multiline signal and an unknown positive charge accumulator. Biochim. Biophys. Acta, 1990, vol. 1020, pp. 269-277.
8. Boussac A., Zimmermann J.-L., Rutherford A.W. EPR signals from modified charge accumulation states of the oxygen evolving enzyme in Ca2+-deficient photosystem II. Biochemistry, 1989, vol. 28, pp. 8984-8989.
9. Sivaraja M., Tso J., Dismukes G.C. A calcium-specific site influence the structure and activity of the manganese cluster responsible for photosynthetic water oxidation. Biochemistry, 1989, vol. 28, pp. 9459-9464.
10. Hallahan B.J., Nugent J.H.A., Warden J.T., Evans M.C.W. Investigation of the origin of the "S3" EPR signal from the oxygen-evolving complex of photosystem 2: the role of tyrosine. Z. Biochemistry, 1992, vol. 31, pp. 4562-4573.
11. Baumgarten M., Philo J.S., Dismukes G.C. Mechanism of photoinhibition of photosynthetic water oxidation by chloride depletion and fluoride substitution: oxidation of a protein residue. Biochemistry, 1990, vol. 29, pp. 10814-10822.
12. MacLachlan D.J., Nugent J.H.A. Investigation of the S3 Electron Paramagnetic Resonance Signal from the Oxygen-Evolving Complex of Photosystem 2: Effect of Inhibition of Oxygen Evolution by Acetate. Biochemistry, 1993, vol. 32, pp. 9772-9780.
13. Szalai V.A., Kühne H., Lakshmi K.V., Brudvig G.W. Characterization of the Interaction between Manganese and Tyrosine Z in Acetate-Inhibited Photosystem II. Biochemistry, 1998, vol. 37, pp. 13594-13603.
14. Ghanotakis D.F., Babcock G.T. Hydroxylamine as an inhibitor between Z and P680 in photosystem II. FEBS Lett., 1983, vol. 153, pp. 231-234.
15. Dunahay T.G., Staechelin L.A., Seibert M., Ogilvie P.D., Berg S.P. Structural biochemical and biophysical characterization of four oxygen-evolving Photosystem 2 preparations from spinach. Biochim. Biophys. Acta, 1984, vol. 764, pp. 179-193.
16. Polander B.C., Barry B.A. A hydrogen-bonding network plays a catalytic role in photosynthetic oxygen evolution. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A., 2012, vol. 109, pp. 6112-6117.
17. Polander B.C., Barry B.A. Detection of an intermediary, protonated water cluster in photosynthetic oxygen evolution. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A., 2013, vol. 110, pp. 10634-10639.
18. Kuntzleman T., Haddy A. Fluoride inhibition of photosystem II and the effect of removal of the PsbQ subunit. Photosynth. Res., 2009, vol. 102, pp. 7-19.
19. Sandusky P.O., Yocum C.F. The chloride requirement for photosynthetic oxygen evolution: factors affecting nucleophylic displacement of chloride from the oxygen-evolving complex. Biochim. Biophys. Acta, 1986, vol. 849, pp. 85-93.
20. Tsuno M., Suzuki H., Kondo T., Mino H., Noguchi T. Interaction and Inhibitory Effect of Ammonium Cation in the Oxygen Evolving Center of Photosytem II. Biochemistry, 2011, vol. 50, pp. 2506-2514.
21. Sandusky P.O., Yocum C.F. The chloride requirement for photosynthetic oxygen evolution. Analysis of the effects of chloride and other anions on amine inhibition of the oxygen-evolving complex. Biochim. Biophys. Acta, 1984, vol. 766, pp. 603-611.
