БИОХИМИЯ, 2019, том 84, вып. 6, с. 827–835
УДК 577.355.3
Алгоритм извлечения кинетики слабых полос в дифференциальных спектрах поглощения реакционных центров Rhodobacter sphaeroides*
1 Институт фундаментальных проблем биологии РАН, ФИЦ «Пущинский научный центр биологических исследований РАН», 142290 Пущино, Московская обл., Россия; электронная почта: rgreen1@rambler.ru
2 Институт химической физики им. Н.Н. Семенова РАН, 119991, Москва, Россия
Поступила в редакцию
После доработки
Принята к публикации
DOI: 10.1134/S0320972519060083
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: фемтосекундная спектроскопия; бактериальные реакционные центры; перенос электрона.
Аннотация
Предложен способ построения кинетики ион-радикальных полос на фоне интенсивного поглощения в дифференциальных спектрах реакционных центров Rhodobacter sphaeroides при фемтосекундном возбуждении первичного донора электрона. Построенные предложенным методом кинетика полосы поглощения при 1020 нм и кинетика выцветания полосы при 545 нм удовлетворительно описываются кинетическими уравнениями для последовательного переноса электрона от возбужденного первичного донора на молекулу мономерного бактериохлорофилла (BA) и затем — на молекулу бактериофеофитина, который служит акцептором электрона (HA), c константами скоростей 3,5 ± 0,2 и 0,8 ± 0,1 пс соответственно. В кинетике полосы поглощения бактериохлорофилла при 600 нм наблюдается как сверхбыстрое выцветание димера Р870, так и более медленное выцветание мономера BA, обусловленное переходом его в анион-радикальную форму. Построенные кинетики ион-радикальных полос согласуются с профилями концентраций состояний с разделенными зарядами, полученными нами методом глобального анализа экспериментальных данных в рамках модели последовательного переноса электрона в реакционных центрах.
Текст статьи
Сноски
* Первоначально английский вариант рукописи опубликован на сайте «Biochemistry» (Moscow) http://protein.bio.msu.ru/biokhimiya, в рубрике «Papers in Press», BM 19-039, 06.05.2019.
** Адресат для корреспонденции.
Финансирование
Работа выполнена в рамках госзадания № АААА-А17030110140-5 и при частичной поддержке Российского фонда фундаментальных исследований гранты № 17-00-00207 и № 17-00-00209 КОМФИ).
Благодарности
Авторы выражают благодарность А.Я. Шкуропатову и А.А. Забелину за помощь в работе и обсуждение результатов.
Конфликт интересов
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Соблюдение этических норм
Настоящая статья не содержит описания каких-либо исследований с использованием людей или животных в качестве объектов.
Список литературы
1. Kirmaier, C., and Holten, D. (1987) Primary photochemistry of reaction centers from the photosynthetic purple bacteria, Photosynth. Res., 13, 225–260, doi: 10.1007/BF00029401.
2. Woodbury, N.W., and Allen, J.P. (2004) In Anoxygenic photosynthetic bacteria (Blankenship, R.E., Madigan, M.T., and Bauer, C.E., eds) Kluwer Academic Publishers, New York, 527–557, doi: 10.1007/0-306-47954-0_24.
3. Holzapfel, W., Finkele, U., Kaiser, W., Oesterhelt, D., Scheer, H., Stilz, H.U., and Zinth, W. (1989) Observation of a bacteriochlorophyll anion radical during the primary charge separation in a reaction center, Chem. Phys. Lett., 160, 1–7, doi: 10.1016/0009-2614(89)87543-8.
4. Arlt, T., Schmidt, S., Kaiser, W., Lauterwasser, C., Meyer, M., Scheer, H., and Zinth, W. (1993) The accessory bacteriochlorophyll: a real electron carrier in primary photosynthesis, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 90, 11757–11761, doi: 10.1073/pnas.90.24.11757.
5. Kennis, J.T., Shkuropatov, A.Y., van Stokkum, I.H.M., Gast, P., Hoff, A.J., Shuvalov, V.A., and Aartsma, T.J. (1997) Formation of a long-lived P+BA– state in plant pheophytin-exchanged reaction centers of Rhodobacter sphaeroides R26 at low temperature, Biochemistry, 36, 16231–16238, doi: 10.1021/bi9712605.
6. Yakovlev, A.G., Shkuropatov, A.Y., and Shuvalov, V.A. (2000) Nuclear wavepacket motion producing a reversible charge separation in bacterial reaction centers, FEBS Lett., 466, 209–212, doi: 10.1016/S0014-5793(00)01081-4.
7. Van Stokkum, I., Larsen, D., van Grondelle, R. (2004) Global and target analysis of time-resolved spectra, Biochim. Biophys. Acta, 1657, 82–104, doi: 10.1016/j.bbabio.2004.04.011.
8. Holzwarth, A.R., and Muller, M.G. (1996) Energetics and kinetics of radical pairs in reaction centers from Rhodobacter sphaeroides: a femtosecond transient absorption study, Biochemistry, 35, 11820–11831, doi: 10.1021/bi9607012.
9. Kakitani, Y., Hou, A., Miyasako, Y., Koyama, Y., and Nagae, H. (2010) Rates of the initial two steps of electron transfer in reaction centers from Rhodobacter sphaeroides as determined by singular-value decomposition followed by global fitting, Chem. Phys. Lett., 492, 142–149, doi: 10.1016/j.cplett.2010.03.071.
10. Zhu, J., van Stokkum, I.H.M., Paparelli, L., Jones, M.R., and Groot, M.L. (2013) Early bacteriopheophytin reduction in charge separation in reaction centers of Rhodobacter sphaeroides, Biophys. J., 104, 2493–2502, doi: 10.1016/j.bpj.2013.04.026.
11. Dominguez, P., Himmelstoss, M., Michelmann, J., Lehner, F., Gardiner, A.T, Cogdell, R.J., and Zinth, W. (2014) Primary reactions in photosynthetic reaction centers of Rhodobacter sphaeroides – time constants of the initial electron transfer, Chem. Phys. Lett., 601, 103–109, doi: 10.1016/j.cplett.2014.03.085.
12. Carter, B., Boxer, S.B., Holten, D., and Kirmaier, C. (2012) Photochemistry of a bacterial photosynthetic reaction center missing the initial bacteriochlorophyll electron acceptor, J. Phys. Chem. B, 116, 9971?9982, doi: 10.1021/jp305276m.
13. Yakovlev, A.G., Shkuropatov, A.Y., and Shuvalov, V.A. (2002) Nuclear wavepacket motion between P* and P+BA– potential surfaces with subsequent electron transfer to HA in bacterial reaction centers. 1. Room temperature, Biochemistry, 41, 2667–2674, doi: 10.1021/bi0101244.
14. Shuvalov, V.A., Shkuropatov, A.Ya., Kulakova, S.M., Ismailov, M.A., and Shkuropatova, V.A. (1986) Photoreactions of bacteriopheophytins and bacteriochlorophylls in reaction centers of Rhodopseudomonas sphaeroides and Chloroflexus aurantiacus, Biochim. Biophys. Acta, 849, 337–346, doi: 10.1016/0005-2728(86)90145-3.
15. Khatypov, R.A., Khristin, A.M., Fufina, T.Yu., and Shuvalov, V.A. (2017) An alternative pathway of light-induced transmembrane electron transfer in photosynthetic reaction centers of Rhodobacter sphaeroides, Biochemistry (Moscow), 82, 692–697, doi: 10.1134/S0006297917060050.
16. Snellenburg, J.J., Laptenok, S.P., Seger, R., Mullen, K.M., and van Stokkum, I.H.M. (2012) Glotaran: a Java-based graphical user interface for the R package TIMP, J. Stat. Soft., 49, 1–22, doi: 10.18637/jss.v049.i03.
17. Sporlein, S., Zinth, W., and Wachtveilt, J. (1998) Vibrational coherence in photosynthetic reaction centers observed in the bacteriochlorophyll anion band, J. Phys. Chem. B, 102, 7492–7496, doi: 10.1021/jp9817473.
18. Heller, B., Holten, D., and Kirmaier, C. (1996) Effects of Asp residues near the L-side pigments in bacterial reaction centers, Biochemistry, 35, 15418–15427, doi: 10.1021/bi961362f.
19. Shuvalov, V.A., and Duysens L.N.M. (1986) Primary electron transfer reactions in modified reaction centers from Rhodopseudomonas sphaeroides, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 83, 1690–1694, doi: 10.1073/pnas.83.6.1690.