Светозависимое окисление воды и выделение молекулярного кислорода в оксигенных организмах осуществляется кислород-выделяющим комплексом (КВК) фотосистемы 2 (ФС2). Каталитическим центром КВК является кластер Mn4CaO5, структура которого в настоящее время расшифрована. Присутствие катионов кальция обязательно для функционирования КВК, и их удаление при сохранении катионов марганца в каталитическом центре приводит к ингибированию функции выделения кислорода. Однако механизм участия Ca2+ в функционировании КВК до сих пор не установлен. Известно, что некоторые ионы редкоземельных элементов имеют сходные с ионами кальция физико-химические свойства и взаимодействуют с Ca2+-связывающими белками. Такое связывание либо ингибирует функциональную активность белка, либо может частично восстанавливать её в отсутствие Ca2+. В настоящей работе исследовано влияние одного из редкоземельных элементов (тербия) на скорость электронного транспорта в мембранных препаратах ФС2. Основной акцент сделан на сопоставлении влияния катионов тербия на функцию выделения кислорода и транспорт электронов через ФС2 к искусственному акцептору. Обнаружено, что Tb3+ ингибирует выделение кислорода более эффективно, чем восстановление искусственного акцептора электронов 2,6-дихлорофенолиндофенола на акцепторной стороне ФС2, то есть его действие приводит к разобщению этих процессов. Аналогичный эффект наблюдается при экстракции катионов кальция из КВК [Semin et al. Photosynth. Res. 98 (2008) 235]. Предполагается, что ингибирующий эффект катионов тербия связан с замещением Са2+ и/или вытеснением периферических белков PsbP и PsbQ из ФС2.
фотосистема 2, тербий, кальций, кислород-выделяющий комплекс
1. Lane N., Martin W. The energetics of genome complexity. Nature, 2010, vol. 467, pp. 929-934.
2. 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.
3. 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.
4. McEvoy J.P., Brudvig G.W. Water-splitting chemistry of photosystem II. Chemical reviews, 2006, vol. 106, pp. 4455-4483.
5. Nakatani H.Y. Inhibition of photosynthetic oxygen evolution by calmodulin-type inhibitors and other calcium-antagonists. Biochem. Biophys. Res. Commun., 1984, vol. 121, pp. 626-633.
6. Carpentier R., Nakatani H.Y. Inhibitors affecting the oxidizing side of Photosystem II at the Ca2+-and Cl--sensitive sites. Biochim. Biophys. Acta, 1985, vol. 808, pp. 288-292.
7. Evans C.H. Biochemistry of the Lanthanides. N.-Y.: Springer Science & Business Media, 1990, 444 p.
8. Ono T. Effects of lanthanide substitution at Ca2+-site on the properties of the oxygen evolving center of photosystem II. J. Inorg. Biochem., 2000, vol. 82, pp. 85-91.
9. 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.
10. Armstrong J.M. The molar extinction coefficient of 2,6-dichlorophenolindophenol. Biochim. Biophys. Acta, 1964, vol. 86, pp. 194-197.
11. Porra R.J., Thompson W.A., Kriedemann P.E. Determination of accurate extinction coefficients and simultaneous equations for assaying chlorophylls a and b extracted with four different solvents: verification of the concentration of chlorophyll standards by atomic absorption spectroscopy. Biochim. Biophys. Acta, 1989, vol. 975, pp. 384-394.
12. Popovic R., Carpentier R., Morin L. Determination of fluorescence inductions in a PSII submembrane fraction affected by additives. J. Plant Physiol., 1988, vol. 132, pp. 754-757.
13. 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.
14. Lovyagina E.R., Semin B.K. Mechanism of inhibition and decoupling of oxygen evolution from electron transfer in photosystem II by fluoride, ammonia and acetate. J. Photochem. Photobiol., B: Biology, 2016, vol. 158, pp. 145-153.
15. Pospíšil P., Dau H. Chlorophyll fluorescence transients of photosystem II membrane particles as a tool for studying photosynthetic oxygen evolution. Photosynth. Res., 2000, vol. 65, pp. 41-52.
16. Strasser B.J. Donor side capacity of photosystem II probed by chlorophyll a fluorescence transients. Photosynth. Res., 1997, vol. 52, pp. 147-155.
17. 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.
