Л.А. Драчев и прямой электрометрический метод

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

В работах в области биоэнергетики важное методическое место принадлежит прямому электрометрическому методу. Принцип этого метода заключается в измерении трансмембранной разности электрических потенциалов, создаваемой между двумя отсеками ячейки белками - генераторами электрического (электрохимического) потенциала, ассоциированными с разделяющей отсеки искусственной липидной мембраной. Само существование таких белков было одним из следствий хемиосмотической концепции Питера Митчелла; обнаружение белков - генераторов электрического тока - и исследование их работы послужило одним из аргументов для признания справедливости этой концепции и способствовало в итоге присуждению Митчеллу заслуженной Нобелевской премии. Одним из главных создателей прямого электрометрического метода был Л.А. Драчев (1926-2022). С его участием были выполнены ключевые работы по электрогенезу мембранных белков фотосинтетических и дыхательных электрон-транспортных цепей: бактеориородопсина, зрительного родопсина, фотосинтетических бактериальных реакционных центров, цитохромоксидазы и др.

Об авторах

В. В Птушенко

НИИ физико-химической биологии имени А.Н. Белозерского, Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова

119992 Москва, Россия

А. Ю Семенов

НИИ физико-химической биологии имени А.Н. Белозерского, Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова

Email: semenov@belozersky.msu.ru
119992 Москва, Россия

Список литературы

  1. Тихонов А. Н. (2012) Энергетическая и регуляторная роль протонного потенциала в хлоропластах, Биохимия, 77, 1155-1176, doi: 10.1134/S0006297912090027.
  2. Johnson, M. P., and Ruban, A. V. (2014) Rethinking the existence of a steady-state Δψ component of the proton motive force across plant thylakoid membranes, Photosynth. Res., 119, 233-242, doi: 10.1007/s11120-013-9817-2.
  3. Skulachev, V. P. (1984) Sodium bioenergetics, Trends Biochem. Sci., 9, 483-485, doi: 10.1016/0968-0004(84)90317-7.
  4. Weber, B. H., and Prebble, J. N. (2006) An issue of originality and priority: the correspondence and theories of oxidative phosphorylation of Peter Mitchell and Robert JP Williams, 1961-1980, J. History Biol., 39, 125-163, doi: 10.1007/s10739-005-3052-4.
  5. Junge, W., and Witt, H. T. (1968) On the ion transport system of photosynthesis - Investigations on a molecular level, Zeitschrift Für Naturforschung B, 23, 244-254, doi: 10.1515/znb-1968-0222.
  6. Булычев А., Андрианов В., Курелла Г., Литвин Ф. (1971) Трансмембранный потенциал клетки и хлоропласта высшего наземного растения, Физиол. Раст., 18, 248-256.
  7. Булычев А., Андрианов В., Курелла Г., Литвин Ф. (1971) Трансмембранный потенциал хлоропласта и его фотоиндуцированные изменения, Доклады АН СССР, 197, 473-477.
  8. Bulychev, A. A., Andrianov, V. K., Kurella, G. A., and Litvin, F. F. (1972) Micro-electrode measurements of the transmembrane potential of chloroplasts and its photoinduced changes, Nature, 236, 175-177, doi: 10.1038/236175a0.
  9. Witt, H. T., and Zickler, A. (1974) Vectorial electron flow across the thylakoid membrane. Further evidence by kinetic measurements with an electrochromic and electrical method, FEBS Lett., 39, 205-208, doi: 10.1016/0014-5793(74)80051-7.
  10. Fowler, C. F., and Kok, B. (1974) Direct observation of a light-induced electric field in chloroplasts, Biochim. Biophys. Acta Bioenergetics, 357, 308-318, doi: 10.1016/0005-2728(74)90069-3.
  11. Joliot, P., and Joliot, A. (1984) Electron transfer between the two photosystems. I. Flash excitation under oxidizing conditions, Biochim. Biophys. Acta Bioenergetics, 765, 210-218, doi: 10.1016/0005-2728(84)90015-X.
  12. Deprez, J., Trissl, H. W., and Breton, J. (1986) Excitation trapping and primary charge stabilization in Rhodopseudomonas viridis cells, measured electrically with picosecond resolution, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 83, 1699-1703, doi: 10.1073/pnas.83.6.1699.
  13. Trissl, H.-W., Leibl, W., Deprez, J., Dobek, A., and Breton, J. (1987) Trapping and annihilation in the antenna system of photosystem I, Biochim. Biophys. Acta Bioenergetics, 893, 320-332, doi: 10.1016/0005-2728(87)90053-3.
  14. Либерман Е., Мохова Е., Скулачев В., Топалы В. (1968) Действие разобщителей окислительного фосфорилирования на бимолекулярные фосфолипидные мембраны. Биофизика, 13, 188-193.
  15. Liberman, E. A., Topaly, V. P., Tsofina, L. M., Jasaitis, A. A., and Skulachev, V. P. (1969) Mechanism of coupling of oxidative phosphorylation and the membrane potential of mitochondria, Nature, 222, 1076-1078, doi: 10.1038/2221076a0.
  16. Oesterhelt, D., and Stoeckenius, W. (1971) Rhodopsin-like protein from the purple membrane of Halobacterium halobium, Nat. New Biol., 233, 149-152, doi: 10.1038/newbio233149a0.
  17. Drachev, L. A., Kaulen, A. D., Ostroumov, S. A., and Skulachev, V. P. (1974) Electrogenesis by bacteriorhodopsin incorporated in a planar phospholipid membrane, FEBS Lett., 39, 43-45, doi: 10.1016/0014-5793(74)80012-8.
  18. Kagawa, Y., and Racker, E. (1971) Partial resolution of the enzymes catalyzing oxidative phosphorylation: XXV. Reconstitution of vesicles catalyzing 32Pi-adenosine triphosphate exchange, J. Biol. Chem., 246, 5477-5487, doi: 10.1016/S0021-9258(18)61930-1.
  19. Kayushin, L. P., and Skulachev, V. P. (1974) Bacteriorhodopsin as an electrogenic proton pump: Reconstitution of bacteriorhodopsin proteoliposomes generating Δψ and ΔpH, FEBS Lett., 39, 39-42, doi: 10.1016/0014-5793(74)80011-6.
  20. Drachev, L. A., Frolov, V. N., Kaulen, A. D., Liberman, E. A., Ostroumov, S. A., Plakunova, V. G., Semenov, A. Y., and Skulachev, V. P. (1976) Reconstitution of biological molecular generators of electric current. Bacteriorhodopsin, J. Biol. Chem., 251, 7059-7065, doi: 10.1016/S0021-9258(17)32940-X.
  21. Драчев Л. А., Каулен А. Д., Самуилов В. Д., Северина И. И., Семенов А. Ю., Скулачев В. П., Чекулаева Л. Н.(1979) Встраивание протеолипосом и хроматофоров в мембраны на основе фильтров, Биофизика, 24, 1035-1042.
  22. Drachev, L. A., Kaulen, A. D., Semenov, A. Y., Severina, I. I., and Skulachev, V. P. (1979) Lipid-impregnated filters as a tool for studying the electric current-generating proteins, Anal. Biochem., 96, 250-262, doi: 10.1016/0003-2697(79)90580-3.
  23. Большаков В. И., Драчев А. Л., Каламкаров Г. Р., Каулен А. Д., Островский М. А., Скулачев В. П. (1979) Общность свойств бактериального и зрительного родопсинов: превращение энергии света в разность электрических потенциалов, Доклады Академии Наук СССР, 249, 1462-1466.
  24. Drachev, L. A., Kalamkarov, G. R., Kaulen, A. D., Ostrovsky, M. A., and Skulachev, V. P. (1981) Fast stages of photoelectric processes in biological membranes: II. Visual rhodopsin, Eur. J. Biochem., 117, 471-481, doi: 10.1111/j.1432-1033.1981.tb06362.x.
  25. Drachev, L. A., Jasaitis, A. A., Kaulen, A. D., Kondrashin, A. A., Liberman, E. A., Nemecek, I. B., Ostroumov, S. A., Semenov, A. Yu., and Skulachev, V. P. (1974) Direct measurement of electric current generation by cytochrome oxidase, H+-ATPase and bacteriorhodopsin, Nature, 249, 321-324, doi: 10.1038/249321a0.
  26. Drachev, L. A., Kondrashin, A. A., Semenov, A. Y., and Skulachev, V. P. (1980) Reconstitution of biological molecular generators of electric current: transhydrogenase, Eur. J. Biochem., 113, 213-217, doi: 10.1111/j.1432-1033.1980.tb06158.x.
  27. Drachev, L. A., Frolov, V. N., Kaulen, A. D., Kondrashin, A. A., Samuilov, V. D., Semenov, A. Y., and Skulachev, V. P. (1976) Generation of electric current by chromatophores of Rhodospirillum rubrum and reconstitution of electrogenic function in subchromatophore pigment-protein complexes, Biochim. Biophys. Acta Bioenergetics, 440, 637-660, doi: 10.1016/0005-2728(76)90048-7.
  28. Drachev, L. A., Kaulen, A. D., Khitrina, L., and Skulachev, V. P. (1981) Fast stages of photoelectric processes in biological membranes: I. Bacteriorhodopsin, Eur. J. Biochem., 117, 461-470, doi: 10.1111/j.1432-1033.1981.tb06361.x.
  29. Drachev, L. A., Semenov, A. Y., Skulachev, V. P., Smirnova, I. A., Chamorovsky, S. K., Kononenko, A. A., Rubin, A. B., and Uspenskaya, N. Ya. (1981) Fast stages of photoelectric processes in biological membranes: III. Bacterial photosynthetic redox system, Eur. J. Biochem., 117, 483-489, doi: 10.1111/j.1432-1033.1981.tb06363.x.
  30. Chamorovsky, S. K., Drachev, A. L., Drachev, L. A., Karagul'yan, A. K., Kononenko, A. A., Rubin, A. B., Semenov, A. Yu., and Skulachev, V. P. (1985) Fast phases of the generation of the transmembrane electric potential in chromatophores of the photosynthetic bacterium Ectothiorhodospira shaposhnikovii, Biochim. Biophys. Acta Bioenergetics, 808, 201-208, doi: 10.1016/0005-2728(85)90044-1.
  31. Drachey, L. A., Kaminskaya, O. P., Konstantinov, A. A., Kotova, E. A., Mamedov, M. D., Samuilov, V. D., Semenov, A. Y., and Skulachev, V. P. (1986) The effect of cytochrome c, hexammineruthenium and ubiquinone-10 on the kinetics of photoelectric responses of Rhodospirillum rubrum reaction centres, Biochim. Biophys. Acta Bioenergetics, 848, 137-146, doi: 10.1016/0005-2728(86)90169-6.
  32. Kaminskaya, O. P., Drachev, L. A., Konstantinov, A. A., Semenov, A. Y., and Skulachev, V. P. (1986) Electrogenic reduction of the secondary quinone acceptor in chromatophores of Rhodospirillum rubrum: rapid kinetics measurements, FEBS Lett., 202, 224-228, doi: 10.1016/0014-5793(86)80691-3.
  33. Drachev, L. A., Kaurov, B. S., Mamedov, M. D., Mulkidjanian, A. Y., Semenov, A. Y., Shinkarev, V. P., Skulachev, V. P., and Verkhovsky, M. I. (1989) Flash-induced electrogenic events in the photosynthetic reaction center and bc1 complexes of Rhodobacter sphaeroides chromatophores, Biochim. Biophys. Acta Bioenergetics, 973, 189-197, doi: 10.1016/S0005-2728(89)80421-9.
  34. Mamedov, M. D., Mamedova, A. A., Chamorovsky, S. K., and Semenov, A. Y. (2001) Electrogenic reduction of the primary electron donor P700 by plastocyanin in photosystem I complexes, FEBS Lett., 500, 172-176, doi: 10.1016/S0014-5793(01)02615-1.
  35. Mamedov, M. D., Gourovskaya, K. N., Vassiliev, I. R., Golbeck, J. H., and Sememov, A. Y. (1998) Electrogenicity accompanies photoreduction of the iron-sulfur clusters FA and FB in photosystem I, FEBS Lett., 431, 219-223, doi: 10.1016/S0014-5793(98)00759-5.
  36. Чаморовский К., Чаморовский С., Семенов А. (2005) Диэлектрические и фотоэлектрические свойства фотосинтетических реакционных центров, Биохимия, 70, 315-322.
  37. Semenov, A. Y., Mamedov, M. D., and Chamorovsky, S. K. (2006) Electrogenic reactions associated with electron transfer in photosystem I, Photosystem I: The Light-driven Plastocyanin: Ferredoxin Oxidoreductase, Springer, p. 319-338, doi: 10.1007/978-1-4020-4256-0_21.
  38. Ptushenko, V. V, Cherepanov, D. A., Krishtalik, L. I., and Semenov, A. Y. (2008) Semi-continuum electrostatic calculations of redox potentials in photosystem I, Photosynth. Res., 97, 55-74, doi: 10.1007/s11120-008-9309-y.
  39. Krishtalik, L. I. (1989) Dielectric constant in calculations of the electrostatics of biopolymers, J. Theor. Biol., 139, 143-154, doi: 10.1016/S0022-5193(89)80097-9.
  40. Krishtalik, L. I., Kuznetsov, A. M., and Mertz, E. L. (1997) Electrostatics of proteins: description in terms of two dielectric constants simultaneously, Proteins Struct. Funct. Bioinformatics, 28, 174-182, doi: 10.1002/(SICI)1097-0134(199706)28:2<174::AID-PROT6>3.0.CO;2-F.
  41. Brzezinski, P., Okamura, M. Y., and Feher, G. (1992) Structural changes following the formation of D+ QA- in bacterial reaction centers: measurement of light-induced electrogenic events in RCs incorporated in a phospholipid monolayer, The Photosynthetic Bacterial Reaction Center II: Structure, Spectroscopy and Dynamics, pp. 321-330, doi: 10.1007/978-1-4615-3050-3_36.
  42. Sigfridsson, K., Hansson, O., and Brzezinski, P. (1995) Electrogenic light reactions in photosystem I: resolution of electron-transfer rates between the iron-sulfur centers, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 92, 3458-3462, doi: 10.1073/pnas.92.8.3458.
  43. Haumann, M., Mulkidjanian, A., and Junge, W. (1997) Electrogenicity of electron and proton transfer at the oxidizing side of photosystem II, Biochemistry, 36, 9304-9315, doi: 10.1021/bi963114p.
  44. Wikström, M., and Verkhovsky, M. I. (2007) Mechanism and energetics of proton translocation by the respiratory heme-copper oxidases, Biochim. Biophys. Acta Bioenergetics, 1767, 1200-1214, doi: 10.1016/j.bbabio.2007.06.008.
  45. Beinert, H. (1992) Trails of inquiry and thought leading toward today's bioenergetics, Biochim. Biophys. Acta Bioenergetics, 1101, 125-133, doi: 10.1016/S0005-2728(05)80002-7.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2023

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».