Исследованы обратимые и необратимые эффекты воздействия рН среды на реакции выделения кислорода и восстановления экзогенного акцептора электронов 2,6-дихлорфенолиндофенола (ДХФИФ) мембранными препаратами фотосистемы 2 (ФС2) шпината. Препараты ФС2 инкубировали в буфере с исследуемым значением рН, после чего мембраны переводили в буфер с оптимальным рН 6,5 и измеряли светоиндуцированное выделение О2 и восстановление ДХФИФ. Максимальная функциональная активность при комнатной температуре наблюдалась в области рН 6,5. Небольшое снижение скорости восстановления ДХФИФ (около 10%) отмечалось после инкубации препаратов при рН 4,5 и 7,5. Скорость выделения О2 подавлялась более значительно при рН 4,5 (остаточная активность 40%) и менее эффективно после инкубации при рН 7,5 (остаточная активность 80%). Поскольку после инкубации образцов ФС2 в буфере с исследуемым рН активность их измерялась в буфере с оптимальным рН (6,5), наблюдаемые изменения активности отражают только необратимые изменения в мембранах под воздействием рН, тогда как при стандартном измерении О2- выделяющей активности (в буфере с исследуемым рН) наблюдаемые изменения активности вызваны сочетанием как необратимых, так и обратимых воздействий рН на мембраны. При стандартном измерении рН-зависимость демонстрирует колоколобразную форму кривой. Сравнение рН-зависимостей, полученных этими двумя способами, позволяет предположить, что ингибирование реакции выделения кислорода в области рН 4,5 обусловлено необратимыми изменениями, возможно связанными с диссоциацией периферических белков PsbQ и PsbP, тогда как в области слабощелочных рН ингибирование реакции синтеза О2 связано главным образом с обратимыми рН-зависимыми изменениями, возможно, с процессом протонирования/депротонирования аминокислоты (например, гистидина).
фотосистема 2, кислород-выделяющий комплекс, рН, температура, кислород, транспорт электронов
1. Yamane Y., Kashino Y., Koike H., Satoh K. Effects of high temperatures on the photosynthetic systems in spinach: oxygen-evolving activities, fluorescence characteristics and the denaturation process. Photosynth. Res., 1998, vol. 57, pp. 51-59.
2. Busheva M., Tzonova I., Stoitchkova K., Andreeva A. Heat-induced reorganization of the structure of photosystem II membranes. Role of oxygen evolving complex. J. Photochem. Photobiol. B: Biol., 2012, vol. 117, pp. 214-221.
3. Enami I., Kitamura M., Tomo T., Isokawa Y., Ohta H., Katoh S. Is the primary cause of thermal inactivation of oxygen evolution in spinach PS II membranes release of the extrinsic protein or of Mn? Biochim. Biophys. Acta, 1994, vol. 1186, pp. 52-58.
4. Pospisil P., Tyystjarvi E. Molecular mechanism of high-temperature induced inhibition of acceptor side of photosystem II. Photosynth. Res., 1999, vol. 62, pp. 55-66.
5. 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.
6. 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.
7. Armstrong J.M. The molar extinction coefficient of 2,6-dichlorophenolindophenol. Biochim. Biophys. Acta, 1964, vol. 86, pp. 194-197.
8. Vass I., Styring S. pH-Dependent charge equilibria between tyrosine-D and the S states in photosystem II. Estimation of relative midpoint redox potentials. Biochemistry, 1991, vol. 30, pp. 830-839.
9. Schiller H., Dau H. Preparation protocols for high-activity photosystem II membrane particles of green algae and higher plants, pH dependence of oxygen evolution and comparison of the S2-state multiline signal by X-band EPR spectroscopy J. Photochem. Photobiol. B: Biol., 2000, vol. 55, pp. 138-144.
10. Commet A., Boswell N., Yocum C.F., Popelka H. pH optimum of the Photosystem II H2O oxidation reaction: effects of PsbO, the manganese-stabilizing protein, Cl- retention, and deprotonation of a component required for O2 evolution activity. Biochemistry, 2012, vol. 51, pp. 3808-3818.
11. 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.
12. 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.
13. Shen J.R., Inoue Y. Low pH-induced dissociation of three extrinsic proteins from O2-evolving Photosystem II. Plant Сell Physiol., 1991, vol. 32(3), pp. 453-457.
14. 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.
15. Homann P.H. The chloride and calcium requirement of photosynthetic water oxidation: effects of pH. Biochim. Biophys. Acta, 1988, vol. 93, pp. 1-13.
16. Briantais J.M., Vernotte C., Lavergne J., Arntzen C.J. Identification of S2 as the sensitive state to alkaline photoinactivation of Photosystem II in chloroplasts. Biochim. Biophys. Acta, 1977, vol. 461, pp. 61-74.
17. Schlodder E., Meyer B. pH dependence of oxygen evolution and reduction kinetics of photooxidized chlorophyll aII (P-680) in Photosystem II particles from Synechococcus sp. Biochim. Biophys. Acta, 1987, vol. 890, pp. 23-31.
