Миграция энергии возбуждения в нативных и гибридных фотосинтетических антенных комплексах
Диссертация
Полученные результаты расширяют современные представления о механизмах взаимодействия хромофоров и апопротеинов фикобилипротеинов и важны для понимания процессов преобразования энергии в фикобилисомах цианобактерий. Результаты исследования гибридных комплексов из полупроводниковых нанокристаллов и природных ПБК. могут быть использованы в биотехнологии для создания гибридных фотопреобразователей… Читать ещё >
Список литературы
- Рубин А.Б. (1999) Биофизика, т. 2.: Теоретическая биофизика: Учебник для вузов. -2-е изд., М.: «Книжный дом «Университет»,. 468 с.
- Говинджи (1987) Фотосинтез: в 2-х томах, Т. 1. Пер. с англ. Под ред. Говинджи. М.: Мир, 728 с.
- Рубин А. Б, Кренделева Т. Е. (2004) Регуляция первичных процессов фотосинтеза. Биофизика., М.: «Книжный дом «Университет», 239 с.
- Пащенко В.З. (2000) Связь структурно-функциональной организации РЦ пурпурных бактерий Rh. sphaeroedes с пикосекундными стадиями фотосинтеза. Биофизика, 45, 461−468.
- Emerson R., Lewis, C.M. (1943) The dependence of quantum yield of Chlorella photosynthesis on wavelength of light. Am JBot 30: 165−178
- Ермаков И.П. (2005) Физиология растений. M.: Издательский центр «Академия», 456 с.
- Schatz, G. Н., Н. Brock, and A. R. Holzwarth. (1988). Kinetic and energetic model for the primary process in photosystem II. Biophys. Journal. 54, 397−495.
- Schatz, G. H., H. Brock, and A. R. Holzwarth. (1987). Picosecond kinetics of fluorescence and absorbance changes in photosystem II particles excited at low photon dencity. Proc. Natl. Acad. Sci. 84, 8414−8418.
- Ferster, T. (1948) Zwischenmolekulare Energiewanderung und Fluoreszenz. Annalen der Physik, WILEY-VCH Verlag, 437, 55−75.
- Horton P., Ruban A.V. (2005) Molecular design of the photosystem II light-harvesting antenna: photosynthesis and photoprotection. J. Experimental Botany, 56, № 411, 365−373.
- Vernon L. (2003) Photosynthesis and the Charles F. Kettering Research Laboratory. Photosynthesis Research, Springer Netherlands, 76, 379−388.
- Wolff Ch., Buchwald H.E., Ruppel H., Witt K., Witt H.T. (1969) Rise time of of the light-induced electrical field across the membrane of photosynthesis. Z. Naturforsch 24b, 1038−1041.
- Климов В В. и Красновский А. А. (1982) Участие феофитина в первичных процессах переноса электрона в реакционных центрах фотосистемы 2. Биофизика, 27, 179−189.
- Аллахвердиев С.И., Климов В. В., Ладыгин В. Г. (1986) Фотовосстановление феофитина в реакционных центрах фотосистемы 2 целых клеток зеленых водорослей и цианобактерий в анаэробных условиях. Биофизика, 33, 442−447.
- Пащенко, В.З., Горохов, В.В., Корватовский, Б.Н., Гришанова, Н.П., Саркисов, О.М., Ренгер, Г., Рубин А. Б. (2004) Фемтосекундная динамика переходных процессов в реакционных центрах Rhodobacter sphaeroides. Доклады Академии Наук. 399 № 1, 114−117.
- Hankamer В., Barbe J., Boekema E.J. (1997) Structure and membrane organization of photosystem II in green plants. Plant Physiology, Plant Mol Biol, 48, 641−671.
- Ermler U., Fritzsch G., Buchanan S., Hartmut M. (1994) Structure of the photosynthetic reaction centre from Rhodobacter sphaeroides at 2.65 A' resolution: cofactors and protein-cofactor interactions. Structure, 2,10, 925 936.
- Kok В., Forbush В., and McGIoin M. (1970) Cooperation of charges in photosynthetic 02 evolution. I. A linear four-step mechanism. Photochem. Photobiol. 11, 467−475.
- Рубин А.Б. (1999) Биофизика: В 2 т. Т. 1.: Теоретическая биофизика: Учебник для вузов. -2-е изд., М.: «Книжный дом «Университет»,. 448 с.
- Gantt Е. (1994) Supramolecular membrane organization. In: Biyant D.A. (ed.) The Molecular Biology of Cyanobacteria, Dordrecht: Kluwer Academic Publishers. 119−138.
- Vierling E., Alberte R. S. (1980) Functional organization and plasticity of the photosynthetic unit of the cyanobacterium Anacystis nidulans, Physiologia Plantarum, Blackwell Publishing Ltd, 50, 93−98.
- Стадничук И. H. (1990) Фикобилипротеины. Итоги науки и техники. М.: Биологическая химия. 40. — 196 с.
- Arteni A.A., Ajlani G., Boekema E.J. (2009) Structural organisation of phycobilisomes from Synechocystis sp. strain PCC6803 and their interaction with the membrane. Biochim Biophys Acta. 1787(4), 272−279.
- Zhao K.-H., Su P., Bohm S., Song В., Zhou M., Bubenzer C., Scheer H. (2005) Reconstitution of' phycobilisome core-membrane linker, LCM, by> autocatalytic chromophore binding to ApcE. Biochim Biophys Acta. 7−1706(l-2), 81−87.
- MacColl R. (1998) Cyanobacterial Phycobilisomes. J. Struct. Biol. 124. 311−334.
- Rippka, R., Deruelles, Waterbury, J.B., Herdman, M., and Stanier, R.Y.1979) Generic assignments, strain histories and properties of pure cultures of cyanobacteria. J. Gen. Microbiol. 111. 1−61.
- Ajlani G., Vernotte C. (1998) Construction and Characterization of Phycobiliprotein-Less Mutant of Synechocystis sp. PCC 6803. Plant Mol. Biol. 37. 577−580.
- Thomas J.C., Ughy В., Lagoutte В., Ajlani G. (2006) A second isoform of the ferredoxin: NADP oxidoreductase generated by an in-frame initiation of translation. Proc Natl Acad Sei USA 103,18 368−18 373.
- Glazer, A. (1984) Phycobilisome. A macromolecular complex optimized for light energy transfer. Biochim. Biophys. Acta. 768, 29—51.
- Grossman A.R., Schaefer M.R., Chiang G.G., Collier J.L. (1993) Microbiol. Rev. 57. 725−749.
- Betz M., (1997) One century of protein crystallography: the phycobiliproteins, Biol. Chem. 378, 167- 176.
- Mullineaux C.W., Holzwarth A.R., (1991) Kinetics of excitation energy transfer in the cyanobacterial phycobilisome-photosystem II complex. Biochim. Biophys. Acta. 1098, 68−78.
- Rakhimberdieva M.G., Stadnichuk I.N., Elanskaya I.V., Karapetyan N.V.2004) Carotenoid-induced quenching of the phycobilisome fluorescence in photosystem II-deficient mutant of Synechocystis sp. FEBS Lett, 574, 85−88.
- Kirilovsky D., (2007) Photoprotection in cyanobacteria : The Orange Carotenoid Protein (OCP)-related-Non-Photochemical-Quenching mechanism. Photosynth. Res. 93, 7−16.
- Leclerc J.C., Hoarau J., Re my R., (1979) Analysis of absorption spectra changes induced by temperature lowering on phycobilisomes, thylakoids and chlorophyllprotein complexes, Biochimica et Biophysica Acta (BBA) Bioenergetics, Vol. 547,1. 2, 398−409.
- Hai-Bin Mao, Guo-Fu Li, Dong-Hai Li, Qing-Yu Wu, Yan-Dao Gong, Xiu-Fang Zhang, Nan-Ming Zhao, (2003) Effects of glycerol and high temperatures on structure and function of phycobilisomes in Synechocystis sp. PCC 6803. FEBS letters, vol. 553 i. 1, 68−72
- Davey L., Cotlet M., Schryver F.D., Habuchi S., and Hofkens J. (2004) Single-molecule spectroscopy selectively probes donor and acceptor chromophores in the phycobiliprotein allophycocyanin. Biophysical Journal. 87, no. 4, 2598−2608.
- MacColI, R., Eisele, L.E. and Menikh, A. (2003) Allophycocyanin: trimers, monomers, subunits and homodimers. Biopolymers 72: 352−365.
- Colvin, V. L.- Schlamp, M. C.- Alivisatos, A. P. (1994) Lightemitting diodes made from cadmium selenide QDs and a semiconducting polymer. Nature, 370, 354 357.
- Achermann, M.- Petruska, M. A.- Kos, S.- Smith, D. L.- Koleske, D. D.- Klimov, V. I. (2004) Energy-transfer pumping of semiconductor QDs using an epitaxial quantum well. Nature, 429, 642 646.
- Murray C.B., Norris D.J., Bawendi M.G. (1993) J. Am. Chem. Soc., 115, 8706.
- Hines M.A., Guyot-Sionnest P. (1996) // J. Phys. Chem. B, 100, 468−472.
- Baranov A.V., Rakovich Yu.P., Donegan J.F., Perova T.S., Moore R.A., Talapin D.V., Rogach A.L., Masumoto, Y., Nabiev I. (2003) Phys. Rev. B, 68,165 306.
- Олейников B.A., Суханова A.B., Набиев И. Р. (2007) Флуоресцентные полупроводниковые нанокристаллы в биологии и медицине: Российские Нанотехнологии, т. 2. № 1−2, 160−173.
- Leatherdale С. A., Woo W.-K., Mikulec F. V. and Bawendi M. G., (2002) On the Absorption Cross Section of CdSe Nanocrystal Quantum Dots, The Journal of Physical Chemistry В 106 (31), 7619−7622.
- Sukhanova A., Baranov A.V., Klinov D., Oleinikov V., Berwick K., Cohen J.H.M., Pluot M., Nabiev I. (2006) Nanotechnology. 17. 4223.
- Gaponenko S.V., (1997) Optical Properties of Semiconductor Nanocrystals. Cambridge University Press, 263.
- Medintz I.L., Mattoussi H. (2009) Quantum dot-based resonance energy transfer and its growing application in biology. Phys. Chem. Chem. Phys. 11, 17—45.
- Вавилов С. И. (1952) Собр. Соч. Т. 2. М.: Изд-во АН СССР, 356 с.
- Галанин М. Д. (1969) Труды ФИАН. Т. 12. С. 3.
- Dexter D. L. (1953) J. Chem. Phys. 21, 836.
- Левшин JI.B., Салецкий A.M., (1989) Люминесценция и её измерения: молекулярная люминесценция. М.: Изд-во МГУ,. -272 с.
- Cheung, Н. & Dong, W.-J. Geddes, С.- Lakowicz, J. & Geddes, С. D. (Eds.) (2006) Fret Studies of Conformational Transitions in Proteins. Reviews in Fluorescence, Springer US, 445−462.
- Владимиров Ю.А., Потапенко А. Я. (2006) Физико-химические основы фотобиологических процессов. — М.: Дрофа, 285 с.
- Williams А. Т. R., Winfield S. A. and Miller J. N., (1983) Relative fluorescence quantum yields using a computer controlled luminescence spectrometer, Analyst, 108, 1067.
- Фадеев B.B. (1983) Лазерная спектроскопия водных сред. Диссертация на соискание ученой степени доктора’физ.-мат. наук. М.: МГУ, физический ф-т, 455с.
- Borissevitch Y.E. (1997) TABAK, М. Correction of Stern-Volmer fluorescence quenching constants at very low optical absorption of the quencher. In: ELAFOT -Encontro Latinoamericano de Fotoquimica e Fotobiologia. Los Cocos. Cordoba.
- Lakowicz J.R., (1999) Principles of Fluorescence Spectroscopy, 2nd ed, Kluwer Academic/Plenum Publishers, 465.
- Becker W., Benndorf К., Bergmann A., Biskup С., Konig К., Tirlapur U., Zimmer Т., (2001) FRET measurements by TCSPC laser scanning microscopy, Proc. SPIE, 4431, 94−98.
- Kautsky, H., Hirsch, А. (1931), Neue Versuche zur Kohlensaureassimilation, Naturwissenschaften, 19, 964−964.
- Govindjee (1995), Sixty-three years since Kautsky chlorophyll a fluorescence, Aust. J. Plant Physiol. 22, 131−160.
- Kolber Z.S., Falkowski P.G., (1993) Use of active fluorescence to estimate phytoplankton photosynthesis in situ, Limnol. Oceanogr. 38(8)1, 9931, 646−1665.
- Lazar, D. (1999), Chlorophyll a fluorescence induction, Biochim. Biophys. Acta 1412, 1−28.
- Kolber Z.S., Prasil O., Falkowski P.G., (1998) Measurements of variable chlorophyll fluorescence using fast repetition rate techniques: defining methodology and experimental protocols, Biochimica et Biophysica Acta, 1367, 88−106.
- David L. Nelson Michael M. Cox W. H. Freeman, Hardback (ed.), (2008) Lehninger: Principles of Biochemistry, Fifth edition,. 4to. xxix, 1158.
- Дзялошинский И.Е., Лифшиц E.M., Питаевский Л. П. (1961) Общая теория Ван-дер-ваальсовых сил. Успехи физических наук, Т. LXXIII, 3, 347−358.
- Voet, D. & Voet, J. (1990) Biochemistry. John Wiley and Sons. New York, 456.
- Brown, T.L., LeMay, H.E., Bursten, B.E., & Burdge, J.R. (2003) Chemistry The Central Science. Pearson Education, Upper Saddle River New Jersey.
- Oklejas V., Zong С., Papoian G.A., Wolynes P.G. (2010) Protein structure prediction: do hydrogen bonding and water-mediated interactions suffice? Methods. Sep-52(l):84−90. Epub 2010 May 26.
- Pace C.N., (2009) Energetics of protein hydrogen bonds. Nature Structural & Molecular Biology 16, 681 682 doi:10.1038/nsmb0709−681
- Kabsch, W. & Sander, C., (1983) Dictionary of protein secondary structure: Pattern recognition of hydrogen-bonded and geometrical features, Biopolymers, Wiley Subscription Services, Inc., A Wiley Company, 22, 2577−2637
- Tarek, M. & Tobias, D. J., (2002) Role of Protein-Water Hydrogen Bond Dynamics in the Protein Dynamical Transition, Phys. Rev. Lett., American Physical Society, 88, 138 101-
- Кесслер Ю.М., Петренко В. E., Лященко A.K. (2003) Вода: структура, состояние, сольватация. Достижения последних лет (отв. Ред. А. М. Кутепов). М.: Наука,. 404с.
- Эйзенберг Д., Каутцман В. (1975) Структура и свойства воды. JL: 279 с.
- Nemethy G, Scheraga H.А. (1962) J. Chem. Phys. 36, 3382.
- Самойлов О.Я. (1957) Структура водных растворов электролитов и гидратация ионов,— М.: Изд-во Академии наук СССР, 276.
- Schulson Е.М., (1999) The Structure and Mechanical Behavior of Ice, JOM, 51 (2), 21−27.
- Лобышев B.H., Калиниченко Л. П. (1978) Изотопные эффекты D2O в биологических системах. М.: Наука,. 215 с.
- Liu J.-Y., Jiang Т., Zhang J.-P., and Liang D.-C. (1999) Crystal Structure of Allophycocyanin from Red Algae Porphyra yezoensis at 2.2-A Resolution. J. Biol. Chem. 274, No. 24, 16 945−16 952.
- Финкельштейн А.В., Птицын О. Б., (2005) Физика Белка. М.: КДУ, 465 с.
- Rapis, Е. (2007) On the nonequilibrium phase transition in protein. Technical Physics, MAIK Nauka/Interperiodica distributed exclusively by Springer Science+Business Media LLC., 52, 787−792
- Nojima H., Ikai A., Oshima Т., Noda H. (1977) Reversible unfolding and refolding of thermostable phosphoglycerate kinase: Thermostability associated with mean zero enthalpy change. JMol Biol 116, 429−442.
- Nojima, H., Nami, K.H.- Oshima, Т., Noda, H. (1978) Reversible thermal unfolding of thermostable cytochrome c-552. Journal of Molecular Biology, 122, 33 — 42.
- Чернавская H.M., Чернавский Д-С. (1999)1 Белок-машина. Макромолекулярные биологические конструкции. 1-е изд. М.: Изд-во Моск. ун-та, — 2-е изд. — М.: Янус.
- Ermakova-Gedes, S., Shestakov, S., and’Vermaas, W. (1995) Photosynthesis: From Light to Biosphere (Mathis, P., ed) Vol. 1, pp. 483486, Kluwer Academic Publishers, Dordrecht, The Netherlands.
- Rippka R., Waterbury J., Cohen-Bazire G. (1974) A cyanobacterium which lacks thylakoids. Arch. Microbiol. 100. 419−436.
- Guglielmi G., Cohen-Bazire G. and Bryant D.A., (1981) The structure of Gloeobacter violaceus and its phycobilisomes. Arch. Microbiol. 129, 181−189.
- Laemmli. (1970) Cleavage of structural proteins during the assembly of the head of bacteriphage T4. Nature. 227. 680−685.
- Gottschalk L., Lottspeich F., Scheer H., (1993) Reconstitute of allophycocyanin from Mastigocladus laminosus with isolated linker polypeptide. Photochem. Photobiol. 58, 761−767.
- Antal Т.К., Matorin D.N., Ilyash L.V., Volgusheva A.A., Osipov V., Konyuhov I.V., Krendeleva Т.Е., Rubin A.B. (2009) Probing of photosynthetic reactions in four phytoplanktonic algae with a PEA fluorometer. Photosynth Res DOI 10.1007/sl 1120−009−9491−6
- Strasser R.J., Govindjee (1992) The FO and the O-J-I-P fluorescence rise in higher plants and algae. In: Argyroudi-Akoyunoglou JH (ed) Regulation of chloroplast biogenesis. Plenum Press, New York, 423^-26.
- Strasser B.J., Strasser R.J. (1995) Measuring fast fluorescence transients to address environmental questions: the JIP-test. In: Mathis P (ed) Photosynthesis: from light to biosphere. Kluwer Academic Publishers- Dordrecht, 977−980.
- Kolber Z.S., Falkowski P.G. (1993) Use of active fluorescence to estimate phytoplankton photosynthesis in situ. Limnol. Oceanogr. 38(8)1, 9931, 646−1665.
- Погосян С.И., Гальчук C.B., Казимиренко Ю. В., Конюхов. И.В., Рубин
- А.Б., (2009) Применение флуориметра «МЕГА-25» для определения количества фитопланктона и- оценки состояния его фотосинтетического аппарата. Вода: химия и экология, 6, 34−40.
- Niyogi К.К., (1999) Photoprotection revisited: genetic and"molecular approaches, Annu. Rev. Plant Physiol. Plant Mol. Biol. 50, 333−359.
- Horton P., Ruban A.V., Walters R.G., (1996) Regulation of light harvesting in green plants. Annu. Rev. Plant Physiol. Plant Mol. Biol. 47, 655−684.
- Glazer A.N. (1988) Meth. Enzymol. 167, 304−312.
- Polivka Т., Kerfeld C.A., Pascher Т., Sundstrom V. (2005) Spectroscopic properties of the carotenoid 3'hydroxyechinenone in the orange carotenoid protein from the cyanobacterium Arthrospira maxima. Biochemistry. 44, 3994−4003.
- Стадничук И.Н. (2010) Фикобилины, фикобилипротеины и фикобилисомы. Труды Института микробиологии им. С. Н. Виноградского. Вып. XV: «Фотосинтезирующие микроорганизмы». (Ред. Б.Ф. Гальченко) М.: Изд. МАКС-Пресс. 52−85.
- Kerfeld С.А., Alexandre М., Kirilovsky D. (2003) The orange carotenoid protein of cyanobacteria. In: (Larkum J.T. ed.) Carotenoids: Physical, Chemical, and Biological Functions and Properties, CRC Press, 3−17.
- Rakhimberdieva M.G., Boichenko V.A., Karapetyan N.V., Stadnichuk I.N.2001) Interaction of phycobilisomes with photosystem II dimers and photosystem I monomers and trimers in the cyanobacterium Spirulina platensis. Biochemistry. 40. 15 780−15 788.
- Wilson A., Ajlaini G., Verbavatz J.-M., Vaas I., Kerfeld C.A. Kirilovsky D. A2006) soluble carotenoid protein involved in phycobilisome-related energy dissipation in cyanobacteria. Plant Cell. 18. 992−1007.
- Dale, R.E. and Eisinger J. (1974) Intramolecular distances determined by energy transfer. Dependence on orientational freedom of donor and acceptor. Biopolymers 13. 1573−1605.
- Еремин E.H. (1976) Основы химической кинетики. Изд. 2-е. доп. М., «Высшая, школа». 375 с.
- Paschenko V.Z., Evstigneeva R.P., Gorokhov V.V., Luzgina V.N., Tusov V.B., Rubin A.B. (2000) Photophysical properties of carborane-containing derivatives of 5,10,15,20-tetra(p-aminophenyl) porphyrin, J. Photochem Photobiology, 54. 162−167.
- Marquardt J., Senger H., Miyashita H., Miyachi S. and Morschel E., (1997) Isolation and characterization of biliprotein aggregates from Acaryochloris marina, a Prochloron-like prokaryote containing mainly chlorophyll d, FEBS Lett., 410, 428−432.
- Porter G., Tredwell C.J., Searle G.F.W., and Barber J. (1978) Picosecond time-resolved energy transfer in porphyridium cruentum. Biochim. Biophys. Acta, 501, 232−245.
- Jacobsen I.A., Kemp E., Starklint H., (1975) Glycerol used as a cryoprotectant in subzero preservation of rabbit kidneys, Cryobiology, 12, Issue 2, 123−129. DOI: 10.1016/S0011−2240(75)
- Birks J. B., Munro I. H., (1967) The fluorescence lifetimes of aromatic molecules, Progress in reaction kinetics, 4, 239−246.
- Levitt M., Warshel A., (1975) Computer simulation of protein folding. Nature, 253, 5494, 694−698.
- Griko, Y. V., Venyaminov, S. Y., & Privalov, P. L. (1989) FEBS Lett. 244, 276 278.
- Damaschun G., Damaschun H., Gast K., Misselwitz Rl, Muller J.J., Pfeil W., Zirwer D., (1993) Cold denaturation-induced conformational changes in phosphoglycerate kinase from yeast. Biochemistry 32 (30), 7739−7746.
- Taylor A.T.S. & Feller S. E., (2002) Structural Studies of Phycobiliproteins from Spirulina: Combining Spectroscopy, Thermodynamics, and Molecular Modeling in an Undergraduate Biochemistry Experiment. Journal of Chemical Education, 79, 1467.
- Karp, G. (1996) Cell and Molecular Biology, John Wiley & Sons, N. Y., 223, 277.
- Chen Z.- Kaplan D.L.- Yang K.- Kumar J.- Marx K.A. & Tripathy S.K., 1996) Phycobiliproteins encapsulated in sol-gel glass. Journal of Sol-Gel Science and Technology, Springer Netherlands, 7, 99−108.
- Maksimov E.G., Kuzminov F.I., Konyuhov I.V., Elanskaya I.V., Paschenko V.Z. (2011) Photosystem 2 effective fluorescence cross-section of cyanobacterium Synechocystis sp. PCC6803 and its mutants, J. Photochem. Photobiol. B: Biol. 104 (1−2), 285 -291.