Аналіз фотоіндукованих оборотних змін в бактеріальних реакційних центрах при нерівноважних умовах

Ключові слова: реакційні центри, перенос електрона, вейвлет аналіз, константи швидкості

Анотація

Актуальність. Мембранні білково-пігментні комплекси фотосинтетичних ізольованих реакційних центрів (РЦ) Rhodobacter Sphaeroides є макромолекулярними системами, які використовуються для вивчення фізичних механізмів транспорту електронів і протонів в біологічних структурах, ролі молекулярної динаміки. Експериментальна кінетика циклічного перенесення електрона в молекулярних комплексах має мультиекспоненціальний характер з негативними значеннями декрементів, параметри яких взаємопов'язані. Для її опису використовується система балансних рівнянь.

Метою роботи є визначення особливостей кінетики циклічного перенесення електрона в РЦ з використанням двох моделей електронного переносу і зв'язок таких особливостей з просторово-часовими рухами в РЦ.

Матеріали та методи. Вимірювання кінетики поглинання в РЦ виконувалося на довжині хвилі 865 нм за допомогою двоканального діодного спектрометра. Експериментальна кінетика поглинання РЦ (основна реакція системи) представлена методом фітування у вигляді суми трьох експоненціальних функцій. У першій моделі зі змінними в часі константами швидкості балансних рівнянь використовували метод вейвлет-перетворення логарифмічної похідної кінетики переносу електрона. У другій моделі використовували рівняння стану і три диференціальних рівняння з постійними коефіцієнтами у вигляді алгебраїчної суми констант швидкостей. Для визначення значень констант швидкостей в рівнянні балансу вирішували оптимізаційну задачу, у якості цільової функції використовували параметри експоненціальних функцій експериментальної кінетики. Розв’язок системи рівнянь балансу матричним методом дозволив визначити особливості кінетики заселеності підстанів РЦ.

Результати розрахунків показали, що особливості вейвлет спектра логарифмічної похідної кінетики переносу електрона в першій моделі збігалися з особливостями кінетики заселеностей підстанів РЦ другої моделі РЦ. Ці особливості кінетики перебували в діапазонах 1 с, 3 с, 60 с від моменту включення (виключення) світла і залежали від параметрів фотозбудження РЦ.

Висновки. Особливості кінетики заселеностей підстанів РЦ як на етапі освітлення, так і на етапі релаксації визначаються змінами структури РЦ у вигляді ефектів структурної саморегуляції РЦ (зворотного зв'язку через структуру РЦ).

Завантаження

Дані завантаження ще не доступні.

Біографії авторів

Y. M. Barabash, Інститут фізики НАН України

проспект Науки, 46, Київ, 03028, Україна

T. V. Serdenko, Інститут фізики НАН України

проспект Науки, 46, Київ, 03028, Україна

P. P. Knox, Московський державний університет імені М.В. Ломоносова

вул. Ленінські Гори, 1, Москва, 119991, Російська Федерація

O. Y. Bondarenko, Інститут фізіології рослин і генетики НАН України

вул. Васильківська, 31/17, Київ, 03022, Україна

Посилання

Feher, G., Allen, J.P., Okamura, M.Y., Rees, D.C. (1989). Structure and function of bacterial photosynthetic reaction centres. Nature, 339, 111-116.

Deisenhofer, J., Epp, O., Miki, R., Huber, R., Michel, H. (1985). Structure of the protein subunits in the photosynthetic reaction centre of Rhodopseudomonasviridis at 3Å resolution. Nature, 318, 618–624.

Andreasson, U., Andreasson, L.E. (2003). Characterization of a semi-stable, charge-separated state in reaction centers from Rhodobacter sphaeroides. Photosynth Res., 75(3), 223-233.

Qiang, Xu, and Gunner M.R. (2001) Trapping Conformational Intermediate States in the Reaction Center Protein from Photosynthetic Bacteria. Biochemistry, 40(10), 3232–324.

Rubin, A.B. (2017). Compendium of Biophysics. Wiley. 666 p.

Deshmukh, S.S., Williams, J.C., Allen, J.P., Kalman, L. (2011). Light-induced conformational changes in photosynthetic reaction centers: dielectric relaxation in the vicinity of the dimer. Biochemistry. 50(3), 340–834.

Kharkyanen, V.N., Barabash, Y.M., Berezetskaya, N.M., Lukashev, E.P., Knox, P.P., Christophorov, L.N. (2011). Peculiarities of light-induced slow protein dynamic in the photosynthetic reaction center. Chemical Physics Letters, 512, 113–117.

Golbeck, J., Art van der Est. (2014). The Biophysics of Photosynthesis. Springer.

D'jakonov, V.P. (2000). Vejvlety. Ot teorii k praktike. Moscow: SOLON-Press. (in Russian)

Stark, H.-G. (2005). Wavelets and Signal Processing. Springer.

Maks, Zh. (1983). Metody i tehnika obrabotki signalov pri fizicheskih izmerenijah. Moscow: Mir. (in Russian)

Zakharova, N.I., Churbanova, I.Yu. (2000). Methods of isolation of reaction center preparations from photosynthetic purple bacteria. Biochemistry, 65, 181-193.

Serdenko, T.V., Barabash, Y.M., Knox, P.P., Seifullina, N.Kh. (2016). The kinetic model for slow photoinduced electron transport in the reaction centers of purple bacteria. Nanoscale Research Letters, 11, 286. URL: https://nanoscalereslett.springeropen.com/articles/10.1186/s11671-016-1502-x.

Barabash, Y.M., Lyamets, A.K. (2016). A method of decomposition of the basic reaction of biological macromolecules into exponential components. Nanoscale Research Letters, 11, 544. URL: https://nanoscalereslett.springeropen.com/articles/10.1186/s11671-016-1758-1.

Опубліковано
2018-12-03
Цитовано
0 статей
Як цитувати
Barabash, Y., Serdenko, T., Knox, P., & Bondarenko, O. (2018). Аналіз фотоіндукованих оборотних змін в бактеріальних реакційних центрах при нерівноважних умовах. Біофізичний вісник, (40), 40-51. https://doi.org/10.26565/2075-3810-2018-40-04
Розділ
Біофізика складних систем