Роль фотосинтеза, функционирование фотосинтетического аппарата высших растений. Ионы металлов в биохимических процессах растений. Фотоиндуцированные изменения выхода флуоресценции хлорофилла. Разделение белков методом ионнообменной хромотографии.
Аннотация к работе
Углекислый газ, поступающий в клетку из окружающей среды, электроны в виде НАДФН и энергия в виде АТФ, поступающие из цепи переноса электронов, ассоциированной с тилакоидной мембраной обеспечивают синтез углеводов. В состав тилакоидной мембраны входят три белковых комплекса - фотосистема 1, фотосистема 2 и цитохромный b6f комплекс. Например, знание механизма фотосинтетического расщепления воды позволит получать водород как топливо практически в неограниченном количестве. Для поддержания необходимого уровня бикарбонатов ФС-2 может быть необходим специальный фермент - карбоангидраза, катализирующий обратимую гидратацию углекислого газа.Присутствие КА показано для всех четырех царств живой природы: бактерий, животных, грибов, растений. Возник интерес действию других металлов на КА активность, например, входящих в КА или имеющих сходный радиус с теми металлами, для которых уже показана активность, либо установить действие тяжелых металлов.Фотосинтез - это окислительно-восстановительный процесс, протекающий в несколько этапов, в котором происходит восстановление диоксида углерода до углеводов и окисление воды до кислорода.. Нефть, газ и уголь - это биотопливо, накопившееся в результате захвата и преобразования солнечной энергии фотосинтезирующими организмами. Более трех миллиардов лет назад первые фотосинтезирующие организмы (фотосинтезирующие бактерии) приобрели способность эффективно захватывать и преобразовывать солнечную энергию для синтеза органических молекул в процессе аноксигенного фотосинтеза.Электрон-транспортная цепь организована в мембране в виде трансмембранных белковых комплексов (ФС-1, ФС-2 и цитохромный b6f комплекс ) и подвижных переносчиков электрона (пластоцианин, ферредоксин и пул пластохинонов ). При возбуждении П700 в реакционном центре ФС-1 энергией, эквивалентной 1 кванту длинноволнового красного света, электрон захватывается мономерной формой хлорофилла a (A1; акцептор электрона) и затем последовательно передается переносчикам электронов А2 и Ав (железосерные белки FES), ферредоксину (водорастворимый FES-белок) и ферредоксин - NADP-оксидоредуктазе с FAD в качестве кофактора. Электроны от ФС-2 переходят на ФС-1 посредствам мобильных переносчиков и цитохромом b6f-комплексов.Исходным донором электронов для ФС-2 является вода.Энергия, освобождающаяся при движении электронов от П680 до П700, используется для синтеза АТФ из АДФ и неорганического фосфата (фотофосфорилирование). От Фео электроны, теряя энергию, последовательно передаются на пластохиноны - QA и QB, в пул липидорастворимых молекул пластохинона (PQ), переносящих через липидную фазу мембраны электроны и протоны в цитохромный b6f комплекс, который затем восстанавливает Cu-содержащий белок пластоцианин (Пц). Энергия света, поглощенная пигментами светособирающего комплекса ФС-2, переносится к первичному донору электрона P680 - специализированному димеру хлорофиллов а (Renger, 1992).Разделение зарядов в реакционном центре происходит за счет перехода молекулы Р680в возбужденное синглетное состояние, за счет энергии поглощенного кванта света. В первой стадии разделения зарядов принимает участие молекула хлорофилла a (CHLD1), которая располагается между П680 и PHEOD1 (рис.Впервые наличие карбоангидразной активности было показано на листьях кукурузы в работе Алана Стемлера 1986 года. В 1999 году на горохе (как одном из представителей С3 растений) впервые было показано присутствие двух источников карбоангидразной активности в тилакоидах, один из которых ассоциирован с ФС-2 (Moskvinetal., 1999). КА может обеспечивать накопление бикарбоната как компонента нативной ФС-2, или дегидрирование бикарбоната предотвращает опасное локальное увеличение концентрации протонов, особенно в условиях освещения высокой интенсивности (Villarejo et al., 2002;Moskvin et al., 2004).Ранее предполагалось, что с мембранами ФС-2 ассоциировано два источника карбоангидразной активности, причем, один связан с периферическими белками (возможно с PSBO (Luetal., 2005; LUANDSTEMLER, 2007)) или с низкомолекулярными белками ФС-2 (Rudenkoetal.,2007; Ignatovaetal., 2011), а другим источником карбоангидразной активности является комплекс ФС-2, лишенный внешних водорастворимых белков (Daietal., 2001; Luetal., 2005; LUANDSTEMLER, 2007; MCCONNELLETAL., 2007) или «ядерный» комплекс (Khristinetal., 2004; Moskvinetal., 2004) Позднее было установлено, что этот белок (PSBO) обладал КА-активностью только в присутствии Mn2 и оптимальная концентрация иона для проявления активности составляла 1 ММ (Шитов с соавт.При недостаточности магния снижается содержание хлорофилла в зеленых частях растений Поскольку хлорофилл поглощает солнечную энергию и с ее помощью углекислый газ и вода превращаются в сложные органические вещества: сахара, крахмал и др., само существование зеленых растений невозможно без магния. Марганец, как и медь, играет важную роль в окислительно - восстановительных реакциях (он характеризуется высоким показателем окислительно-восстановительного потенциала), протекающих в расте
План
ОГЛАВЛЕНИЕ
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ
ВВЕДЕНИЕ
1. ФОТОСИНТЕЗ
1.1 Роль фотосинтеза
1.2 Строение и функционирование фотосинтетического аппарата высших растений
1.3 Фотосистема 2
2. КАРБОАНГИДРАЗНАЯ АКТИВНОСТЬ ФОТОСИСТЕМЫ 2
2.1 Карбоангидразная активность ФС-2 высших растений и ее свойства
2.2 Носители карбоангидразной активности в ФС-2 высших растений
3. РОЛЬ ИОНОВ МЕТАЛЛОВ В БИОХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССАХ ВЫСШИХ РАСТЕНИЙ
4. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
4.1 Выделение тилакоидов по методу Berthold, Babcock, Yocum, 1981 с модификациями Ford, Evans, 1983 (на основе оригинальной статьи)
4.2 Выделение частиц ФС-2 из тилакоидов по методу schiller и dau (2005 г)
4.. Измерение концентрации хлорофилла
4.4 Измерение скорости фотосинтетического выделения кислорода
4.5 Измерение фотоиндуцированных изменений выхода флуоресценции хлорофилла
4.6 Получение и очистка белков PSBP и PSBQ
4.7 Приготовление диализных трубок
4.8 Электрофорез
4.9 Измерение концентрации белка
4.10 Измерение карбоангидрзной активности
5. РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
5.1 Получение и характеристика препаратов ФС-2
5.1.1 Определение концентрации хлорофилла
5.1.2 Измерение скорости выделения кислорода
5.1.3 Измерение флуоресценции ФС-2
5.1.4 Электрофорез
5.2 Получение и очистка белков PSBP и PSBQ
5.2.1 NACL обработка
5.2.2 Диализ
5.2.3 Разделение белков методом ионнообменной хромотографии
5.2.4 Электрофорез
5.2.5 Определение концентрации белка по методу Брэдфорд
5.2.6 Измерение карбоангидразоподобной активности белков PSBP и PSBQ