Ukr.Biochem.J. 2015; Том 87, № 3, травень-червень, c. 47-56

doi: http://dx.doi.org/10.15407/ubj87.03.047

Карбоангідразна активність інтегрально-функціональних комплексів тилакоїдних мембран хлоропластів шпинату

29.07.2015   Без категорії   No comments

А. В. Семеніхін, О. К. Золотарьова

Інститут ботаніки ім. М. Г. Холодного НАН України, Київ;
e-mail: membrana@ukr.net

Ізольовані тилакоїдні мембрани обробляли неіонними детергентами дигітоніном або додецилмальтозидом, та солюбілізовані поліпептидні комплекси розділяли методом нативного електрофорезу зі зміщенням заряду. Розташування зон гелю, які містили АТР-синтазний комплекс і його відокремлену каталітичну частину (CF1), визначали за допомогою кольорової реакції на АТРазну активність. Цитохромному b6f-комплексу тилакоїдів відповідала зона, яка завдяки наявності цитохромів мала червоний колір у нефарбованому гелі. Локалізацію АТР-синтази і CF1 підтверджено аналізом субодиничного складу відповідних протеїнових зон після SDS-електрофорезу в другому напрямку. За змінами кольору індикатору бромтимолового синього в гелях після нативного електрофорезу виявлено карбоангідразну активність у поліпептидних смужках фотосистеми ІІ, цитохромного b6f-комплексу, АТР-синтази і CF1. Активність карбоангідрази (КА) в ізольованому чиннику CF1 визначали методом інфрачервоного газового аналізу за швидкістю дегідратації бікарбонату. Водорозчинний інгібітор КА ацетазоламід, на відміну від ліпофільного етоксизоламіду, пригнічував карбоангідразну активність CF1. Вперше показано, що в складі АТР-синтази існує компонент, здатний каталізувати інтерконверсію форм вугільної кислоти, пов’язану із протонним обміном. Одержані дані свідчать про наявність у тилакоїдних мембранах хлоропластів шпинату множинних форм карбоангідрази і підтверджують припущення про їх участь у перенесенні протонів до АТР-синтази.

Ключові слова: , , , ,

Посилання:

  1. Danielsson R, Suorsa M, Paakkarinen V, Albertsson PA, Styring S, Aro EM, Mamedov F. Dimeric and monomeric organization of photosystem II. Distribution of five distinct complexes in the different domains of the thylakoid membrane. J Biol Chem. 2006 May 19;281(20):14241-9.  PubMed, CrossRef
  2. Nevo R, Charuvi D, Tsabari O, Reich Z. Composition, architecture and dynamics of the photosynthetic apparatus in higher plants. Plant J. 2012 Apr;70(1):157-76. Review. PubMed, CrossRef
  3. Dekker JP, Boekema EJ. Supramolecular organization of thylakoid membrane proteins in green plants. Biochim Biophys Acta. 2005 Jan 7;1706(1-2):12-39. Review. PubMed, CrossRef
  4. Avenson TJ, Kanazawa A, Cruz JA, Takizawa K, Ettinger WE, Kramer DM. Integrating the proton circuit into photosynthesis: progress and challenges. Plant Cell Environ. 2005;28(1):97-109. CrossRef
  5. Zolotareva EK. Protonic regulation of the process of photosynthetic energy transformation. Fiziol Biochim Kult Rast. 2010;42:37-50. (In Russian).
  6. Villarejo A, Shutova T, Moskvin O, Forssén M, Klimov VV, Samuelsson G. A photosystem II-associated carbonic anhydrase regulates the efficiency of photosynthetic oxygen evolution. EMBO J. 2002 Apr 15;21(8):1930-8. PubMed,  PubMedCentral, CrossRef
  7. Ignatova LK, Rudenko NN, Khristin MS, Ivanov BN. Heterogeneous nature of carbonic anhydrase activity of thylakoid membranes. Biochemistry (Mosc.). 2006;71(5):525-532. (In Russian). CrossRef
  8. Ignatova LK, Rudenko NN, Mudrik VA, Fedorchuk TP, Ivanov BN. Carbonic anhydrase activity in Arabidopsis thaliana thylakoid membrane and fragments enriched with PSI or PSII. Photosynth Res. 2011 Dec;110(2):89-98. PubMed, CrossRef
  9. Shutova T, Kenneweg H, Buchta J, Nikitina J, Terentyev V, Chernyshov S, Andersson B, Allakhverdiev SI, Klimov VV, Dau H, Junge W, Samuelsson G. The photosystem II-associated Cah3 in Chlamydomonas enhances the O2 evolution rate by proton removal. EMBO J. 2008 Mar 5;27(5):782-91.  PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  10. Klimov VV, Hulsebosch RJ, Allakhverdiev SI, Wincencjusz H, van Gorkom HJ, Hoff AJ. Bicarbonate may Be required for ligation of manganese in the oxygen-evolving complex of photosystem II. Biochemistry. 1997 Dec 23;36(51):16277-81. PubMed, CrossRef
  11. Lu YK, Stemler AJ. Extrinsic photosystem II carbonic anhydrase in maize mesophyll chloroplasts. Plant Physiol. 2002 Feb;128(2):643-9. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  12. Burnell JN, Gibbs MJ, Mason JG. Spinach chloroplastic carbonic anhydrase: nucleotide sequence analysis of cDNA. Plant Physiol. 1990 Jan;92(1):37-40. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  13. Arnon DI. Copper enzymes in isolated chloroplasts. polyphenoloxidase in beta vulgaris. Plant Physiol. 1949 Jan;24(1):1-15. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  14. Lowry OH, Rosebrough NJ, Farr AL, Randall RJ. Protein measurement with the Folin phenol reagent. J Biol Chem. 1951 Nov;193(1):265-75. PubMed
  15. Andersson L, Borg H, Mikaelsson M. Molecular weight estimations of proteins by electrophoresis in polyacrylamide gels of graded porosity. FEBS Lett. 1972 Feb 1;20(2):199-202. PubMed, CrossRef
  16. Kolesnichenko AV, Ostroumova EA, Zykova VV, Voinikov VK. Proteins of four species of grasses, immunochemically related stress protein 310 kD. Plant Physiol. 2000;47:199-202. (In Russian).
  17. Laemmli UK. Cleavage of structural proteins during the assembly of the head of bacteriophage T4. Nature. 1970 Aug 15;227(5259):680-5. PubMed, CrossRef
  18. Allen JM, Hyncik G. Localization of alkaline phosphatases in gel matrices following electrophoresis. J Histochem Cytochem. 1963;11(2):169-175.  CrossRef
  19. Gomori G. Preparation of buffers for use in enzyme studies. Methods Enzymol. 1955;1:138-146. CrossRef
  20. Edwards LJ, Patton RL. Visualization of carbonic anhydrase activity in polyacrylamide gels. Stain Technol. 1966;41:303-304.
  21. Lien S, Racker E. Preparation and assay of chloroplast coupling factor CF1. Methods Enzymol. 1971;23:547-555. CrossRef
  22. Nikulina GI. Review of methods for the colorimetric determination of phosphorus on the formation of molybdenum blue. Moscow: Nauka,1965; 45 p.
  23. Järvi S, Suorsa M, Paakkarinen V, Aro EM. Optimized native gel systems for separation of thylakoid protein complexes: novel super- and mega-complexes. Biochem J. 2011 Oct 15;439(2):207-14. PubMed, CrossRef
  24. Shao J, Zhang Y, Yu J, Guo L, Ding Y. Isolation of Thylakoid Membrane Complexes from Rice by a New Double-Strips BN. SDS-PAGE and Bioinformatics Prediction of Stromal Ridge Subunits Interaction. PLoS ONE. 2011;6(5):e20342.  CrossRef
  25. Tiedge H, Lünsdorf H, Schäfer G, Schairer HU. Subunit stoichiometry and juxtaposition of the photosynthetic coupling factor 1: Immunoelectron microscopy using monoclonal antibodies. Proc Natl Acad Sci USA. 1985 Dec;82(23):7874-8. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
Creative CommonsThis work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.