БИОХИМИЯ, 2021, том 86, вып. 1, с. 6–13

УДК 577.355

Сотрудничество с Александром Константиновым в исследовании механизмов электрогенных реакций в бактериальных фотосинтетических реакционных центрах

Мини-обзор

© 2021 О.П. Каминская 1, А.Ю. Семенов 2,3*

Институт фундаментальных проблем биологии РАН ФИЦ «Пущинский научный центр биологических исследований РАН», 142290 Пущино, Московская обл., Россия

НИИ физико-химической биологии им. А.Н. Белозерского, Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, 119992 Москва, Россия; электронная почта: semenov@belozersky.msu.ru

Федеральный исследовательский центр химической физики им. Н.Н. Семенова РАН, 119991 Москва, Россия

Поступила в редакцию 15.10.2020
После доработки 11.11.2020
Принята к публикации 21.11.2020

DOI: 10.31857/S0320972521010012

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: бактериальные фотосинтетические реакционные центры, перенос электрона, прямой электрометрический метод, мембранный потенциал, цитохром с, хинон.

Аннотация

Рассмотрены работы авторов 1985–1988 гг., выполненные в сотрудничестве с А.А. Константиновым, одним из крупнейших ученых в области мембранной биоэнергетики. Работы, посвященные исследованию быстрой кинетики генерации мембранного потенциала в фотосинтетических реакционных центрах (РЦ) пурпурных бактерий в ответ на лазерную вспышку, позволили детально изучить механизмы электрогенных реакций на донорном и акцепторном участках РЦ. На протеолипосомах, содержащих РЦ из несерных пурпурных бактерий Rhodospirillum rubrum, была выявлена электрогенная стадия, связанная с внутрибелковым переносом электрона к фотоокисленному димеру бактериохлорофилла Р870 от экзогенных вторичных доноров – редокс-красителей и растворимых цитохромов (цит) типа с. Обнаружено, что восстановление вторичного хинонного акцептора электрона QB в хроматофорах из R. rubrum в ответ на четные вспышки света, сопровождающееся протонированием хинона, имеет электрогенный характер. Были определены спектральные характеристики и окислительно-восстановительные потенциалы четырех гемов прочносвязанного цит с в РЦ Blastochloris viridis и стадии электрогенеза, связанные с переносом электрона в комплексе РЦ. Впервые было проведено сопоставление относительных амплитуд мембранного потенциала, генерируемого в ходе отдельных электрогенных реакций, с расстояниями между редокс-кофакторами, полученными на основе трехмерной структуры РЦ Bl. viridis.

Сноски

* Адресат для корреспонденции.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Соблюдение этических норм

Настоящая статья не содержит каких-либо исследований с участием людей или использованием животных в качестве объектов.

Список литературы

1. Drachev, L. A., Kaminskaya, O. P., Konstantinov, A. A., Semenov, A. Yu., and Skulachev, V. P. (1985) Electrogenic reduction of Rhodospirillum rubrum reaction centre bacteriochlorophyll P870+ by redox dyes. Indication of intraprotein electron transfer, FEBS Lett., 189, 45-49.

2. Kaminskaya, O. P., Drachev, L. A., Konstantinov, A. A., Semenov, A. Yu., and Skulachev, V. P. (1986) Electrogenic reduction of the secondary quinone acceptor in chromatophores of Rhodospirillum rubrum. Rapid kinetic measurements, FEBS Lett., 2, 224-228.

3. Drachev, L. A., Kaminskaya, O. P., Konstantinov, A. A., Kotova, E. A., Mamedov, M. D., et al. (1986) The effect of cytochrome c, hexaammineruthenium and ubiquinone-10 on the kinetics of photoelectric responses of Rhodospirillum rubrum reaction centers, Biochim. Biophys. Acta, 848, 137-146.

4. Drachev, L. A., Kaminskaya, O. P., Konstantinov, A. A., Mamedov, M. D., Samuilov, V. D., Semenov, A. Yu., and Skulachev, V. P. (1986) Effects of electron donors and acceptors on the kinetics of the photoelectric responses in Rhodospirillum rubrum and Rhodopseudomonas sphaeroides chromatophores, Biochim. Biophys. Acta, 850, 1-9.

5. Dracheva, S. M., Drachev, L. A., Zaberezhnaya, S. M., Konstantinov, A. A., Semenov, A. Yu., and Skulachev, V. P. (1986) Spectral, redox and kinetic characteristics of high-potential cytochrome c hemes in Rhodopseudomonas viridis reaction centers, FEBS Lett., 205, 41-46.

6. Dracheva, S. M., Drachev, L. A., Konstantinov, A. A., Semenov, A. Yu., Skulachev, V. P., et al. (1988) Electrogenic steps in the redox reactions catalysed by photosynthetic reaction centre complex from Rhodopseudomonas viridis, Eur. J. Biochem., 171, 253-264.

7. Drachev, L. A., Jasaitis, A. A., Kaulen, A. D., Kondrashin, A. A., Liberman, E. A., et al. (1974) Direct measurement of electric current generation by cytochrome oxidase, H+-ATPase and bacteriorhodopsin, Nature, 249, 321-324.

8. Drachev, L. A., Frolov, V. N., Kaulen, A. D., Liberman, E. A., Ostroumov, S. A., et al. (1976) Reconstitution of biological molecular generators of electric current. Bacteriorhodopsin, J. Biol. Chem., 251, 7059-7065.

9. Drachev, L. A., Frolov, V. N., Kaulen, A. D., Kondrashin, A. A., Samuilov, V. D., et al. (1976) Generation of electric current by chromatophores of Rhodospirillum rubrum and reconstitution of electrogenic function in subchromatophore pigment-protein complexes, Biochim. Biophys. Acta, 440, 637-660.

10. Smirnova, I. A., Konstantinov, A. A., and Skulachev, V. P. (1981) Role of cofactors in the formation of the membrane potential by chromatophores of Rhodospirillum rubrum, incorporated into a Teflon filter, Biochemistry (Moscow), 46, 925-934.

11. Drachev, L. A., Dracheva, S. M., Samuilov, V. D., Semenov, A. Yu, and Skulachev, V. P. (1984) Photoelectric effects in bacterial chromatophores. Comparision of spectral and direct electrometric methods, Biochim. Biophys. Acta, 767, 257-262.

12. Драчев Л. A., Семенов А. Ю., Скулачев В. П. (1979) Генерация разности электрических потенциалов хроматофорами, индуцируемая лазерной вспышкой, Доклады АН СССР, 245, 991-994.

13. Drachev, L. A., Semenov, A. Yu, Skulachev, V. P., Smirnova, I. A., Chamorovsky, S. K., et al. (1981) Fast stages of photoelectric processes in biological membranes, Eur. J. Biochem, 117, 483-489.

14. Семенов А. Ю., Чаморовский С. К., Смирнова И. А., Драчев Л. А., Кононенко А. А., Успенская Н. Я., Рубин А. Б., Скулачев В. П. (1981) Кинетика образования фотоиндуцируемой разности электрических потенциалов хроматофорами фотосинтезирующих бактерий, Молекулярная биология, 15, 622-635.

15. Chamorovsky, S. K., Drachev, A. L., Karagulian, A. K., Kononenko, A. A., Rubin, A. B., et al. (1985) Fast phases of the generation of the transmembrane electric potential in chromatophores of the photosynthetic bacterium Ectothiorhodospira shaposhnikovii, Biochim. Biophys. Acta, 808, 201-208.

16. Packham, N. K., Dutton, P. L., and Mueller, P. (1982) Photoelectric currents across planar bilayer membranes containing bacterial reaction centers. Response under conditions of single electron turnover, Biophys. J., 37, 465-473.

17. Drachev, L. A., Mamedov, M. D., Mulkidjanian, A. Ya., Semenov, A. Yu., Shinkarev, V. P., and Verkhovsky, M. I. (1990) Electrogenesis associated with proton transfer in the reaction center protein of the purple bacterium, FEBS Lett., 259, 324-326.

18. Wraight, C. A. (1979) Electron acceptors of bacterial photosynthetic reaction centers II. H+ binding coupled to secondary electron transfer in the quinone acceptor complex, Biochim. Biophys. Acta, 548, 309-327.

19. Vermeglio, A. (1982) Electron transfer between primary and secondary electron acceptors in chromatophores and reaction centers of photosynthetic bacteria, in: Function of quinones in energy conserving systems (Trumpower, B. L., ed.), Academic Press, New York, pp. 169-180.

20. Petty, K. M., and Dutton, P. L. (1976) Properties of the flash-induced proton binding encountered in membranes of Rhodopseudomonas sphaeroides: a functional pK on the ubisemiquinone? Arch. Biochem. Biophys., 172, 335-345.

21. Sebban, P., Maroti, P., and Hanson, D. K. (1995) Electron and proton transfer to the quinones in bacterial photosynthetic reaction centers: insight from combined approaches of molecular genetics and biophysics, Biochimie, 77, 677-694.

22. Okamura, M. Y., Paddock, M. L., Graige, M. S., and Feher, G. (2000) Proton and electron transfer in bacterial reaction centers, Biochim. Biophys. Acta, 1458, 148-163.

23. Deisenhofer, J., Epp, O., Miki, K., Huber, R., and Michel, H. (1984) X-ray structure analysis of a membrane protein complex: electron density map at 3 Å resolution and a model of the chromophores of the photosynthetic reaction center from Rhodopseudomonas viridis, J Mol. Biol., 180, 385-398.

24. Deisenhofer, J., Epp, O., Miki, K., Huber, R., and Michel, H. (1985) Structure of the protein subunits in the photosynthetic reaction centre of Rhodopseudomonas viridis at 3 Å resolution, Nature, 318, 618-624.

25. Clayton, R. K., and Clayton, B. J. (1978) Molar extinction coefficients and other properties of an improved reaction center preparation from Rhodopseudomonas viridis, Biochim. Biophys. Acta, 501, 478-487.

26. Case, G. D., Parson, W. W., and Thornber, J. P. (1970) Photooxidation of cytochromes in reaction center preparations from Chromatium and Rhodopseudomonas viridis, Biochim. Biophys. Acta, 223, 122-128.

27. Weyer, K. A., Lottspeich, F., Gruenenberg, H., Lang, F., Oesterhelt, D., and Michel, H. (1987) Amino acid sequence of the cytochrome subunit of the photosynthetic reaction centre from the purple bacterium Rhodopseudomonas viridis, EMBO J., 6, 2197-2202.

28. Deisenhofer, J., Epp, O., Sinning, I., and Michel, H. (1995) Crystallographic refinement at 2.3 Å resolution and refined model of the photosynthetic reaction centre from Rhodopseudomonas viridis, J. Mol. Biol., 246, 429-457.