Inligting

D6. Wateroksidasie - Die Kok-siklus - Biologie

D6. Wateroksidasie - Die Kok-siklus - Biologie


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Die meganisme waardeur water geoksideer word vind plaas deur 'n 5-fase Kok-siklus wat hieronder geïllustreer word?

Figuur: Kok-siklus

Die Sn-toestande in die Kok-diagram dui verskillende diskrete oksidasietoestande aan waar n die aantal oksidatiewe "ekwivalente" gestoor word in die OEC tydens siklusprogressie.

Wat gebeur met Mn-ione in die OEC gedurende die siklus? Wat is nodig om die volgende fase van die siklus te begin vanaf So? Wat is die rol van Y161.+, 'n aminosuur in PS2 wat baie naby aan die OEC is soos in die figuur hieronder getoon?

Figuur: Y 161 en die OEC

'n Nuwe meganisme is voorgestel op grond van die onlangse kristalstruktuur. 'n Moontlike model vir S3 word hieronder getoon met die verwronge kubaanse struktuur en met 'n oksie en oksielligande. Voeg 'n geboë pyl by om te wys hoe 'n suurstof-suurstofbinding gemaak word.

Figuur: Model vir S3 van Kok-siklus

Gegewe die maksimum pakking van ligande (insluitend water) rondom die OEC, moet daar 'n manier wees vir water om die terrein binne te gaan en vir protone wat verwyder word om weg te beweeg van die kompleks en na die lumen waar hulle sal bydra tot die ontwikkeling van 'n proton gradiënt.

Tyr 161 is 'n kritieke aminosure wat proksimaal geleë is aan beide die OEC en die bron van elektrone wat water reduseer. Die figuur hieronder toon die onmiddellike omgewing rondom Y161 en die OEC. Beskryf die rol van die groepe wat in die figuur hieronder getoon word. 'n Uitgebreide aansig van die OEC en 'n deel van die proteïen word aan die regterkant getoon. Tyr 137 lê naby die luminale koppelvlak van die proteïenkompleks. Beskryf die figuur hieronder en die rol van die groepe wat getoon word.

Figuur: Omgewing van Y161 in die OEC van T. vulcanus

Bydraers

  • Prof. Henry Jakubowski (Kollege van St. Benedictus/St. John's Universiteit)

Die periode van vier ossillasie van die S-toestand-tussenprodukte van die wateroksiderende kompleks in Fotosisteem II (PSII) word algemeen deur die Kok-parameters ontleed. Die belangrike misfaktor bepaal die doeltreffendheid vir elke S-oorgang. Gewoonlik is 'n gelyke misfaktor in die analise gebruik. Ons het EPR-seine gebruik wat alle S-toestande in dieselfde monster ondersoek tydens S-siklus-vordering. Dit maak dit vir die eerste keer moontlik om die misparameter vir elke S-toestandoorgang direk te meet. Eksperimente is uitgevoer in PSII membraanbereidings van spinasie in die teenwoordigheid van elektronontvanger by 1 °C en 20 °C. Die data toon dat die mis-parameter verskil in verskillende oorgange en verskillende temperatuurafhanklikheid toon. Ons het geen mis by 1 °C gevind nie en 10% mis by 20 °C tydens die S1→S2 oorgang. Die hoogste misfaktor is gevind in die S2→S3 oorgang wat afgeneem het van 23% tot 16% met toenemende temperatuur. Vir die S3→S0 oorgang die mis-parameter is gevind as 7% by 1 °C en het afgeneem tot 3% by 20 °C. Vir die S0→S1 oorgang die mis-parameter is gevind as ongeveer 10% by beide temperature. Die bydrae van die aanvaarderkant in die vorm van rekombinasiereaksies sowel as van die skenkerkant van PSII tot die ongelyke mis word bespreek. Daar word voorgestel dat die verskillende oorgangsdoeltreffendheid in elke S-oorgang deels die chemie by die CaMn weerspieël4O5 cluster. Dit dra gevolglik by tot die ongelyke mis tydens S-siklus-omset in PSII.

Hierdie werk is ondersteun deur die Sweedse Navorsingsraad, die Sweedse Energieagentskap en die Knut en Alice Wallenberg-stigting.


D6. Wateroksidasie - Die Kok-siklus - Biologie

Waterstofproduksie deur watersplitsing kan 'n aantreklike oplossing vir toekomstige energiebehoeftes wees. Om waterstof doeltreffend op 'n volhoubare manier te ontwikkel, is dit nodig om eers te sintetiseer wat ons 'n 'super katalisator' vir wateroksidasie kan noem, wat die meer uitdagende halfreaksie van watersplitsing is. 'n Doeltreffende stelsel vir wateroksidasie bestaan ​​in die wateroksiderende kompleks in sianobakterieë, alge en plante verder, onlangs gepubliseerde data oor die Mangaan-kalsiumgroep het besonderhede verskaf oor die meganisme en struktuur van die wateroksiderende kompleks. Hier het ons kortliks die eienskappe van die natuurlike stelsel hersien vanuit die oogpunt van wat ons daaruit kan leer om 'n doeltreffende kunsmatige stelsel te produseer. Kortom, om 'n doeltreffende wateroksiderende kompleks vir kunsmatige fotosintese te ontwerp, moet ons die kennis oor wateroksidasie en die wateroksiderende kompleks in die natuurlike stelsel leer en verstandig gebruik. Hierdie artikel is deel van 'n Spesiale Uitgawe getiteld: Fotosintese Navorsing vir Volhoubaarheid: van natuurlik tot kunsmatig.


Resultate en bespreking

Ons was onlangs in staat om die oënskynlik uiteenlopende eksperimentele waarnemings oor wateroksidasie deur die ruteniumblou dimeer te versoen deur 'n omvattende reeks chemiese mengeksperimente met spektrale en elektrochemiese monitering. Hierdie waarnemings het 'n komplekse meganisme aan die lig gebring wat 'n reeks pH-afhanklike tussenprodukte behels (21). Met hierdie insig in die hand, rapporteer ons nou 'n strategie vir die verbetering van katalitiese tariewe gebaseer op bygevoegde redoksbemiddelaars wat katalisetempo's van wateroksidasie deur die blou dimeer verhoog deur die stadige stap in die algehele katalitiese siklus te verbeter.

'n Kragtige metode om die blou-dimeer oksidasiemeganisme te bestudeer, is spektrofotometriese monitering van veranderinge in die oplossingsabsorpsie na byvoeging van die kragtige chemiese oksidant Ce(IV) met E°′[Ce(IV/III)] = 1.74V vs. die normale waterstofelektrode (NHE) in 1.0 M HClO4. Die dimeer en sy verskillende oksidasietoestande absorbeer almal lig sterk in die sigbare as gevolg van 'n kombinasie van Ru-O-Ru-bruggebaseerde en lading-oordragabsorpsies (21). Die gebruik van Ce(IV) is beperk tot sterk suur oplossings om die komplekse hidrolise-verskynsels wat bo pH = 1 (30) voorkom, te vermy.

Byvoeging van 1 ekw van Ce(IV) by oplossings wat ((bpy) bevat2(H2O)Ru III ORu III (OH2)(bpy)2) 4+ ((H2O)Ru III ORu III (OH2) 4+ ) in 0,1 M HNO3 gee [(bpy)2(HO)Ru IV ORu III (OH2)(bpy)2] 4+ ((HO)Ru IV ORu III (OH2) 4+ ) (Vgl. 1), met λmaks = 495 en 1,173 nm. Byvoeging van nog 2 vgl. Ce(IV) (vgl. 2) gee voorheen gekenmerk [(bpy)2(O)Ru V ORu IV (O)(bpy)2] 3+ ((O)Ru V ORu IV (O) 3+ ), met λmaks = 488 en 710 nm. Hierdie reaksie vind in twee stappe plaas met k(298 K, 0,1 M HNO3) = 4.5 × 10 3 M −1 ·s −1 vir die eerste stap wat die intermediêre Ru IV –O–Ru IV gee. Dit is onstabiel met betrekking tot dis-proporsionering en ondergaan verdere, vinnige oksidasie om (O)Ru V ORu IV (O) 3+ (21) te gee. Die aanwysing van gelokaliseerde oksidasietoestande in hierdie en verwante gemengde-valensie-tussenprodukte is 'n gerief. Daar is bewyse vir sterk elektroniese koppeling oor die μ-okso-brug, en oksidasietoestande kan gedelokaliseer word, (O)Ru 4.5 Ru 4.5 (O) 3+ (31, 32).

Oksidasie verby (O)Ru V ORu IV (O) 3+ met 1 ekw van bygevoegde Ce(IV) gee 'n intermediêre (ek) met λmaks = 482 en 850 nm. Dieselfde intermediêre verskyn na toevoeging van 3 ekw Ce(IV) tot (HO)Ru IV ORu III (OH)2) 4+. Redokstitrasies met byvoeging van Fe 2+ as reduseermiddel toon dat byvoeging van 4 ekw Fe 2+ kwantitatiewe vermindering van ek aan (H2O)Ru III ORu III (OH2) 4+. Verhoog die suurkonsentrasie na 1.0 M HNO3 lei tot absorpsiespektrale verskuiwings na λmaks = 451 en 750 nm. Die absorpsieveranderinge met suurkonsentrasie is omkeerbaar en konsekwent met die suur-basis-ewewig tussen ek en 'n tweede, geprotoneerde vorm (II) getoon in Vgl. 5 met 0 < pKa < 1.

Voorkoms van die intermediêre by λmaks = 482 en 850 nm vind vinnig plaas na een-elektronoksidasie van (O)Ru V ORu IV (O) 3+ na (O)Ru V ORu V (O) 4+. Laasgenoemde bou nie op as 'n waarneembare oorgang nie, maar is vasgevang as 'n onstabiele swart ClO4 − sout in yskoue 1.0 M HClO4 (17).

In Vgl. 5 die intermediêre is geformuleer as 'n terminale peroksied, (HO2)Ru III ORu V (O) 3+ . Hierdie formulering stem ooreen met die resultate van die redokstitrasie en die suur-basis-ewewig in Vgl. 5. Dit is ook in ooreenstemming met die resultate van DFT berekeninge deur Yang en Baik (29), wat 'n peroksied intermediêre voorspel. Die oksidasietoestandverspreiding in gedeprotoneerde vorm ek is onbekend maar konsekwent met protonverlies en stabilisering deur oksovorming in Ru V = O (33).

Na byvoeging van 30 ekw Ce(IV), is die peroksied intermediêre die dominante vorm in die katalitiese bestendige toestand soos getoon deur sigbare absorpsiemetings. Onder hierdie toestande is verlies van Ce(IV), gemonitor by 360 nm, eerste orde in intermediêre en eerste orde in Ce(IV) met k(298 K, 0,1 M HNO3) = 183 M −1 ·s −1 . Hierdie waarnemings dui op tempo-beperkende oksidasie van (HO2)Ru III ORu V (O) 3+ gevolg deur vinnige O2 evolusie (vgl. 6 en 7) as die laaste stappe in die oksidasiesiklus. Aan die einde van die siklus met Ce(IV) grootliks uitgeput, verander die tempo-beperkende stap na Ce(IV) oksidasie van (O)Ru V ORu IV (O) 3+ soos getoon deur die opbou in oplossing by λmaks = 488 en 710 nm.

Op grond van hierdie meganistiese insig het ons 'n strategie bedink vir die verbetering van katalitiese wateroksidasie deur die byvoeging van die kineties maklike elektronoordragbemiddelaars, Ru(bpy)2(L-L) 2+ [L-L is bpy, 2,2'-bipirimidien (bpm), en 2,2'-bipirasien (bpz)] en [Ru(bpm)3] 2+. Met hierdie ligand variasies, reduksie potensiale vir die ooreenstemmende Ru(III/II) pare (E°′ vs. NHE) word sistematies gevarieer: 1.27, 1.40, 1.49 en 1.69 V, onderskeidelik. Oksidasie na hul Ru(III)-vorms deur Ce(IV) is spontaan of byna spontaan met E°′(Ce(IV/III) = 1.60 V in 1 M HNO3. Hierdie paartjies ondergaan maklike elektronoordrag met self-uitruilsnelheidkonstantes tussen die Ru(bpy)2(L) 3+ en Ru(bpy)2(L) 2+ vorm in die orde van 10 8 tot 10 9 s −1, terwyl die self-uitruiltempokonstante vir die Ce(IV/III) paartjie stadiger is met ordes van grootte (34).

Resultate wat verkry is deur Ce(IV)-verlies spektrofotometries te moniteer by 360 nm onder katalitiese toestande met 30 ekw. bygevoegde Ce(IV) en bygevoegde bemiddelaar word in Tabel 1 opgesom. Onder hierdie toestande word die peroksied-tussenproduk, as ek of II afhangende van suurheid, oorheers steeds by die katalitiese bestendige toestand (Fig. 2 en 3). Die data in Tabel 1 demonstreer tempoverbeterings vir wateroksidasie deur faktore van tot ≈30 as gevolg van gemedieerde oksidasie van die peroksidiese intermediêre (Vgl. 8 en 9). Die tempoverbeterings is toe te skryf aan 'n wisselwerking tussen tempobeperkende oksidasie van RuL3 2+ (Vgl. 8) en tempo-beperkende oksidasie van die peroksied intermediêre (Vgl. 9). Byvoorbeeld, die tempokonstante vir oksidasie van [Ru(phen)3] 2+ deur Ce(IV) in 0,1 M HNO3 (≈10 5 M −1 ·s −1 sien ref. 35) is ≈500 keer vinniger as oksidasie van (HO)2)Ru III ORu V (O) 3+ deur [Ru(bpy)3] 3+ (≈1,9 × 10 3 M −1 ·s −1 ). Aan die ander kant is daar geen katalise deur [Ru(bpy)2(bpz)] 2+ in 0,1 M HNO3 (Tabel 1) as gevolg van stadige oksidasie van RuL3 2+ deur Ce(IV).

Waargenome tempokonstantes vir Ce(IV)-verlies deur oksidasie van peroksido-tussenprodukte I (0.1 M HNO)3) of II (1,0 M HNO3) by 298 K


In suurstoffotosintese dryf sonenergie die oksidasie van water aan wat deur 'n Mn gekataliseer word4Ca-kompleks gebind aan die proteïene van Fotosisteem II. Vier protone word vrygestel tydens een omset van die wateroksidasiesiklus (S-toestandsiklus), wat termodinamiese beperkings by lae pH impliseer. Vir protonkonsentrasies wat wissel van 1 nm (pH 9) tot 1 mm (pH 3), het ons die lae-pH-beperkings gekenmerk deur 'n nuwe eksperimentele benadering: 'n spesifieke pH-sprongprotokol gekombineer met tyd-opgeloste meting van die vertraagde chlorofilfluoressensie na nanosekonde flitsopwekking. Effektief blK waardes is bepaal vir lae-pH inhibisie van die lig-geïnduseerde S-toestand oorgange: pK1 = 3,3 ± 0,3, blK2 = 3.5 ± 0.2, en pK3 ≈ blK4 = 4.6 ± 0.2. Alkaliese inhibisie is nie waargeneem nie. 'n Uitbreiding van die klassieke Kok-model het die opdrag van hierdie vier pK waardes tot spesifieke deprotonasiestappe in die reaksiesiklus. Ons resultate bied belangrike ondersteuning aan die uitgebreide S-toestand siklusmodel en kriteria wat nodig is vir die assessering van kwantumchemiese berekeninge van die meganisme van wateroksidasie. Hulle impliseer ook dat, in ongeskonde organismes, die pH in die lumenkompartement skaars tot onder 5 kan daal, en sodoende die ΔpH-bydrae tot die dryfkrag van ATP-sintese beperk.

Hierdie werk is gedeeltelik ondersteun deur die Deutsche Forschungsgemeinschaft (SFB 498, Berlyn), die UniCat Cluster of Excellence (Unifying Concepts in Catalysis, Berlyn), die Duitse Ministerie van Onderwys en Navorsing (Bio-H)2, 03SF0318C en H2 Design Cell, 03SF0355D), en die Europese Unie (SOLAR-H2 516510).

Ondersteun deur 'n genootskap van die Alexander-von-Humboldt-stigting.


D7. Chlorofille en die Reaksiesentrum

  • Bygedra deur Henry Jakubowski
  • Professor (Chemie) by College of St. Benedict/St. John's Universiteit

Fotosintetiese bakterieë en plant het 'n oorvloed molekules wat met sigbare lig in wisselwerking tree. Die belangrikste een wat in PS2 gevind word, is chlorofil a waarvan die struktuur hieronder getoon word.

In PS2 is daar 35 chlorofille. Sewe van hulle gebruik water vir ligand na die Mg-ioon, terwyl die res His gebruik (soos in die voorbeeld hierbo getoon). Hoekom is daar dalk so baie chlorofille in PS2? Die chlorofille (Chl) is in 'n baie spesifieke rangskikking gerangskik soos hieronder getoon.

Figuur: PS2-reaksiesentrum en antennae-chlorfile - oorsig

Twee spesiale chlorofille, ChlD 1 en ChlD 2 , vergesel van vennootchlorofille, P D1 en P D2 wat gelykvormig aan elkeen is, naby die OEC gevind word en die sleutelchlorofille is wat OEC in 'n kragtige genoeg oksidant verander om H te oksideer 2 O. Hierdie 4 chlorofille word die reaksiesentrum genoem. Wat kan die rol van chlorofille in die &ldquoantennae&rdquo subeenheid wees &ldquoaktivering&rdquo van die reaksiesentrum?

Nou sal ons die sleutelproses oorweeg: hoe die reaksiesentrum chlorofil die natuur se kragtigste oksidant word.

Figuur: Reaksiesentrum T. vulcanus

Hoekom kan molekule &ldquob&rdquo 'n laer opgewekte toestandsenergie hê? Toon deur pyle by te voeg en die gegewe elektrone in die bostaande diagram te beweeg hoe opwekking van molekule a kan lei tot die finale toestand wat na regs gewys word. Wat sou die lading op molekule &ldquoa&rdquo wees? Molekule &ldquob&rdquo? Wat kan 'n kragtige oksidant wees?

Vervolgens moet ons oorweeg hoe die oksidant wat by die reaksiesentrum gemaak word, aangedui as P680 .+ lei tot veranderinge in die OEC soos geïllustreer in die S 0-4 oksidatiewe tussenprodukte in die Kok-siklus.

Figuur: Y161 Radikale Formasie

Gebaseer op die syfers hierbo, wat chlorofil in die reaksie sentrum, ChlD 1 of ChlD 2 verteenwoordig molekule &ldquoa&rdquo in die boonste linker figuur? Molekule &ldquob&rdquo? Wat kan die rol van die koplanêre vennootmolekules P D1 en P D2 ?

In werklikheid toon kwantummeganiese berekeninge 'n koppeling tussen ChlD1 of ChlD2 sodat 80% van die positiewe lading en radikale karakter op ChlD1 geleë is en 20% op ChlD2 is.) Hoe lei Y161 .+ tot opeenvolgende oordrag van &ldquooksiderende&rdquo-ekwivalente na die OEC? Hoe word Y161 geregenereer sodat katalise voortgesit word?

Die laaste kenmerk om te oorweeg is die lot van die tweede lid van die reaksiepaar wat deur molekule &ldquob&rdquo aan die regterkant verteenwoordig word. Dit moet ook regenereer word. Wat moet verloor word om geregenereer te word?

Kofaktore gebind in die reaksiesentrum laat 'n pad vir elektronvloei toe. Dit sluit in feofietiene (PHE) en plastokinone A en B. Feofietiene is chlorofil a-molekules sonder die sentrale Mg-ioon. Die struktuur van plastokinoon word hierbo getoon. Spoor 'n waarskynlike pad vir elektronvloei vanaf molekule &ldquob&rdquo na Phe, PQA en dan na PQB (met die besef dat kwantummeganiese koppeling en tonnel in hierdie proses plaasvind sodat die proses gekoppel word).


Abstrak

Fotosintetiese wateroksidasie vind plaas in die wateroksiderende sentrum (WOC) van fotosisteem II (PSII). Om die meganisme van wateroksidasie te verduidelik, is die opsporing van watermolekules in die WOC en die monitering van hul reaksies op molekulêre vlak noodsaaklik. In hierdie studie het ons vir die eerste keer die DOD-buigvibrasies van funksionele D opgespoor2O-molekules tydens die S-toestandsiklus van die WOC deur middel van Fourier transform infrarooi (FTIR) verskilspektroskopie. Flits-geïnduseerde FTIR verskil spektra op S-toestand oorgange is gemeet met behulp van die PSII kern komplekse van Thermosynechococcus elongatus matig gedeutereer met D2 16 O en D2 18 O. D2 16 O-minus-D2 18 O dubbelverskil spektra by individuele S-toestand oorgange het ses tot agt pieke getoon wat voortspruit uit die D 16 OD/D 18 OD buigvibrasies in die 1250−1150 cm −1 gebied. Hierdie waarneming dui aan dat ten minste twee watermolekules, nie in enige gedeprotoneerde vorms nie, by elke S-toestand-oorgang regdeur die siklus aan die reaksie deelneem. Die meeste van die pieke het duidelike teenpieke getoon met teenoorgestelde tekens by verskillende oorgange, wat 'n reeks reaksies van watermolekules by die katalitiese plek weerspieël. In teenstelling hiermee, negatiewe bande by ~1240 cm -1 in die S2 → S3, S3 → S0, en moontlik S0 → S1 oorgange, waarvoor geen duidelike teenpieke in ander oorgange gevind is nie, kan geïnterpreteer word as die invoeging van substraatwater in die WOC vanaf 'n waterkluster in die proteïene. Die kenmerke van die swak D-gebonde OD-strekbande was in ooreenstemming met die invoeging van substraat vanaf interne watermolekules in die S2 → S3 en S3 → S0 oorgange. Die resultate van hierdie studie toon dat FTIR-opsporing van die DOD-buigvibrasies 'n kragtige metode is om die molekulêre meganisme van fotosintetiese wateroksidasie sowel as ander ensiematiese reaksies wat funksionele watermolekules behels, te ondersoek.


Titel: Is deprotonasie van die suurstof-ontwikkelende kompleks van fotosisteem II tydens die S 1 → S 2 Oorgang onderdruk deur Proton Quantum Delokalisering?

Ons spreek die protonasietoestand van die water-afgeleide ligande in die suurstof-ontwikkelende kompleks (OEC) van fotosisteem II (PSII), voorberei in die S2 toestand van die Kok-siklus. Ons doen kwantummeganika/molekulêre meganika berekeninge van isotropiese proton hiperfyn koppelingskonstantes, met direkte vergelykings met eksperimentele data van tweedimensionele hiperfyn subvlak korrelasie (HYSCORE) spektroskopie en uitgebreide X-straal absorpsie fyn struktuur (EXAFS). Ons vind 'n lae-versperring waterstofbinding met aansienlike delokalisering van die proton wat gedeel word deur die water-afgeleide ligand, W1, en die asparaginsuurresidu D1-D61 van die D1 polipeptied. Die verlaging van die nulpuntenergie van 'n gedeelde proton as gevolg van kwantumdelokalisering verhoed die vrystelling daarvan na die lumen tydens die S1→ S2 oorgang. Retensie van die proton vergemaklik die pendel van 'n proton tydens die isomerisasie van die tetranukleêre mangaan-kalsium-okso (Mn)4Ca–oxo)-groepering, van die "oop" tot "geslote" konformasie, 'n stap wat uit vorige studies voorgestel is om nodig te wees vir suurstofevolusie. Ons bevindinge dui daarop dat kwantum-gedelokaliseerde protone, gestabiliseer deur lae-versperring waterstofbindings in model katalitiese stelsels, die ophoping van veelvuldige oksiderende ekwivalente by lae oorpotensiaal kan fasiliteer.


RESULTATE

EPR-sondersoeke na S-siklus

Die S1 toestand is stabiel in die donker en is teenwoordig in 100% van die PSII-sentrums na toepassing van die voorflitsprosedure (15, 28, 35, 36). Die S2, S3, en S0 toestande oorheers in die monsters na die toepassing van onderskeidelik een, twee of drie versadigende laserflitse. Bevriesing van die geflitsde PSII-monsters binne 1𠄲 s na die laaste flits behou die redokskonfigurasie van die WOC in die ooreenstemmende S-toestand en laat verdere spektroskopiese ondersoeke toe.

Fig. 2 toon die EPR-seine wat ons gebruik het om toegang tot hierdie S-toestande te verkry. Die Split S1 (A), Split S3 (C), en Split S0 (D) seine is geïnduseer deur beligting by 5 K en is gebruik om die S te ontleed1, S3, en S0 onderskeidelik staat. Die S2 staat meerlynsein, direk na een flits gevorm (Fig. 2 B) is gebruik om die S2 staat. Gesamentlik het hierdie seine ons in staat gestel om 'n volledige prentjie van die S-toestandverspreiding in PSII in elke monster te hê.

Kwantifisering van S-staatverspreiding na toepassing van omsetflitse

Die gesinchroniseerde PSII-monsters is nul tot ses versadigingsflitse gegee teen 'n frekwensie van 1.25 Hz. Fig. 3 toon EPR spektra aangeteken in monsters geflits by 1 ଌ. Die S-toestandverspreiding is deur EPR-spektroskopie bepaal en word in Tabel 1 getoon. In ons donker-aangepaste monsters (nul flitse, spektra a) ons het slegs die Split S waargeneem1 EPR-spektrum (Fig. 3 A, spektrum a). Dit verteenwoordig 100% van die PSII-sentrums (36). Daar was geen talmende (na die voorflits) S2 meld in hierdie steekproef soos blyk uit die gebrek aan die S2 staat meerlyn sein (Fig. 3 B, spektrum a). Na een flits (spektra b), die S2 toestand multilyn sein is gevorm (Fig. 3 B, spektrum b) terwyl die Split S1 sein het heeltemal verdwyn (Fig. 3 A, spektrum b). Dit dui op 100% doeltreffendheid in die S1 aan S2 staat se omset op 1 ଌ en ons flitsende toestande (Tabelle 1 en ​ en2) 2) soos vroeër deur ons gerapporteer is (36). In dieselfde publikasie die baie klein onderliggende sein, sigbaar in Fig. 3 A, spektrum b, is getoon om nie uit die S1 staat (36).

EPR-spektra wat gebruik word om die fraksie van PSII-sentrums in die verskillende S-toestande te kwantifiseer na nul tot ses versadigingsflitse voorsien van 1.25-Hz flitsfrekwensie by 1 ଌ (spektra a–g, onderskeidelik). A, flitsafhanklike ossillasie van die Split S1 (pyle), S3 (sterre), en S0 (tralies) EPR-seine geïnduseer deur verligting deur sigbare lig vir 4 min by 5 K. Die spektra is lig minus donker verskil spektra. Spektra d en e in stippellyn verteenwoordig ontvoude Split S0 en Split S1 spektra, onderskeidelik, verkry soos beskryf in Verw. 36. B, flitsafhanklike ossillasie van die S2 multiline EPR sein. Die groot intensiteit van YD • in die middel van elke spektrum is verwyder vir duidelikheid (stippel lyn). C, flitsafhanklike ossillasie van die Split S3 (sterre) EPR-sein geïnduseer deur verligting deur NIR-lig vir 10 min by 5 K. Die spektra wat aangebied word, is lig minus donker verskil spektra. Pieke wat gebruik word om die EPR seine te kwantifiseer word aangedui deur pyle (S1, A), tralies (S0, A en S2, B), en sterre (S3, A en C). EPR voorwaardes: vir A en C, mikrogolfkrag 25 mW, mikrogolffrekwensie 9,27 GHz, modulasie-amplitude 10 G, T 5 K vir B, mikrogolfkrag 10 mW, mikrogolffrekwensie 9,27 GHz, modulasie-amplitude 20 G, T 10 K.

TABEL 1

Verspreiding van die verskillende S-toestande (persentasie van PSII-totaal) in PSII-monsters na die toepassing van nul tot ses omsetflitse gegee by 1.25-Hz frekwensie by 1 ଌ en 20 ଌ

Die fraksie van die Si toestand is bepaal uit die EPR-spektra soos beskryf onder “Results.”

Temperatuur en flits nr.S1S2S3S0S1 (2de) S2 (2de) S3 (2de) Totaal
%%%%%%%%
1 ଌ
   𠀰100 100
   𠀱 100 100
   𠀲 23 ± 177 100
   𠀳 523 ± 172 100
   𠀴 2 ± 27 ± 12365 97
   𠀵 310 ± 12266 ± 2 101
   𠀶 3 ± 18355399
20 ଌ
   𠀰100 100
   𠀱1090 100
   𠀲 23 ± 176 99
   𠀳 522 ± 174 101
   𠀴 4722 ± 366 99
   𠀵 392461 ± 2 97
   𠀶 4937 ± 252102

TABEL 2

Mis parameters in elke S-oorgang bepaal uit die resultate in Tabel 1 (1.25-Hz flitsfrekwensie)

Die misfaktor word gegee in persentasie van totale PSII in die ooreenstemmende S-toestand voor die flits.

TemperatuurS1→S2S2→S3S3→S0S0→S1S1→S2 (2de) aS2→S3 (2de) aTotaal bGemiddeld c
%%%%%%%%
1 ଌ0237100204010
20 ଌ10163118154010

a Mis parameters van die oorgange van die tweede omset van S siklus.

b Som van mis vir alle S-oorgange van die eerste omset van die S-siklus.

c Gemiddelde mis vir elke oorgang van die eerste omset van die S-siklus.

Na twee omsetflitse het die S3 staat is in die meerderheid van die sentrums gevorm. 23% van die PSII-sentrums het nie na die S gevorder nie3 staat (Tabel 1) soos bepaal kon word uit die S2 meld meerlynsein wat na die twee flitse oorgebly het (Fig. 3 B, spektrum c). Die oorblywende 77% van PSII het na die S gevorder3 staat. Hierdie sentrums het aanleiding gegee tot 'n groot Split S3 EPR sein (Fig. 3, A en C, spektra c) onder beide sigbare en NIR-beligting by 5 K. Dus, 'n mis wat 23% van PSII behels, is waargeneem in die S2S3 oorgang by 1 ଌ (Tabel 2).

Toepassing van drie flitse (Fig. 3, spektra d) het gelei tot monsters waar die S0 staat was oorheersend (72%, Tabel 1). 5% van PSII het in die S gebly2 toestand (Fig. 3 B, spektrum d, klein S2 multilynbydrae) en 23% in die S3 toestand (Fig. 3 C, spektrum d toon 'n taamlike groot Split S3 sein Tabel 1). Die S0 toestand is gekorreleer met die induksie van die Split S0 EPR-sein (Fig. 3 A, spektrum d) soos vroeër beskryf (36). 4 Dus, in die S3S0 oorgang, tydens die suurstofvorming en vrystellingstap, is 'n misfaktor van 7% by 1 ଌ waargeneem (Tabel 2).

Op 'n soortgelyke manier het ons die S gedissekteer0S1 staatsoorgang in monsters wat onderworpe is aan vier flitse by 1 ଌ. Die EPR-spektra word in Fig. 3 (spektra e). Verligting van die monsters met sigbare lig het gelei tot die vorming van hoofsaaklik die Split S1 EPR-sein met 'n mate van bydrae van die Split S0 sein (Fig. 3 A, spektrum e). Spore van die Split S3 EPR-sein is ook waargeneem terwyl die S2 multilyn sein was afwesig. Volledige verdwyning van die S2 multilyn EPR-sein na drie of vier flitse (Fig. 3 B, Tabel 1) is 'n aanduiding van die afwesigheid van 'n bevolking van PSII-sentrums wat in die S “v.2 meld in ons voorbereidings (30, 31). Die Split S3 sein is geskat om ooreen te stem met 7% van die totale hoeveelheid PSII-sentrums (Fig. 3, A en C, spektra e). 23% van die sentrums het steeds in die S gebly0 meld, terwyl die meerderheid van die sentrums (65%) na die S gevorder het1 staat. Dit word verteenwoordig deur die stippelspektrum e in Fig. 3 A van die Split S1 sein verkry na aftrekking van die ooreenstemmende breuke van die Split S3 en Split S0 seine (36). Hieruit is die misfaktor in die S0S1 oorgang is bereken as 10% by 1 ଌ (Tabel 2).

Toepassing van vyf of ses flitse het ons PSII-monsters gevorder tot, hoofsaaklik, die S2 en S3 state van die tweede omset van PSII, onderskeidelik. Dit word geïllustreer deur die herverskyning van die S2 staat meerlyn (Fig. 3 B, spektrum f) en Split S3 EPR seine (Fig. 3, A en C, spektra g). Ontleding van hierdie spektra het die S-toestandverspreiding in die PSII-monsters na toediening van vyf en ses flitse aan die lig gebring (Tabel 1). Die mis faktore van die tweede omset S1S2 en S2S3 daar is gevind dat staatsoorgange byna identies is aan die ooreenstemmende misfaktore in die eerste omset van die WOC (Tabel 2).

Dit is bekend dat die S-toestandoorgange sterk afhang van die temperatuur (18, 23, 41). Die eksperimente hierbo beskryf is uitgevoer by 1 ଌ. Ons het 'n soortgelyke stel eksperimente uitgevoer ook by 20 ଌ. Die resultate word in Tabelle 1 en ​ en2 getoon. 2 . Die presiese waarde van die misfaktor (α) is op dieselfde manier bepaal as hierbo beskryf, direk vanaf die fraksie van PSII-sentrums wat nie na die volgende S-toestand na die omsetflits gevorder het nie.

Ons het geen mis in die S waargeneem nie1S2 oorgang by 1 ଌ. By 20 ଌ was hierdie oorgang nie so effektief nie. 10% van die PSII-sentrums het nie na die S gevorder nie2 meld by 20 ଌ (Tabelle 1 en ​ en2 2).

Die S2S3 oorgang was anders. Die hoogste misfaktor is gevind vir hierdie oorgang ook by 20 ଌ. By 1 ଌ is die misfaktor bepaal as 23%. Die temperatuurafhanklikheid was teenoorgestelde as dit met die S vergelyk word1S2 oorgang, en die doeltreffendheid van oorgang het toegeneem met verhoogde temperatuur (afgeneem tot 16% mis by 20 ଌ Tabelle 1 en ​ en2 2 ).

Die doeltreffendheid van die S3S0 en die S0S1 oorgange was ook ietwat temperatuurafhanklik (Tabelle 1 en ​ en2). 2). Die misfaktore vir hierdie oorgange was dienooreenkomstig 7 en 10% by 1 ଌ en het byna dieselfde gebly (11%) met toenemende temperatuur vir die S0S1 oorgang en afgeneem tot 3% vir die S3S0 oorgang by 20 ଌ (Tabelle 1 en ​ en2 2).

Betrokkenheid van Sypaadjie-skenkers

In die S2S3 oorgang het ons 'n groot mis by beide temperature gevind. Dit is moontlik dat so 'n groot mis gepaard kan gaan met meetbare oksidasie van sypadskenkers in plaas van die WOC. Ons het dus die oksidasie van Chl ondersoekZ en Cyt b559 na een en twee flitse by 1 ଌ deur EPR-metings. In geen van die gevalle was ChlZ of Cyt b559 geoksideer tot enige waarneembare mate (data nie getoon nie). Dit dui daarop dat die groot mis in WOC-omset nie mededinging van die karotenoïed/Chl-Cyt behels het nie b559 pad.


Erkennings

Ons spreek veral ons waardering uit aan proff. Michael Russell (Univ. van Glasgow) en Robert Blankenship (Arizona State Univ.) vir hul noukeurige lees van die manuskrip en uitstekende voorstelle vir die verbetering daarvan. Ons het ook baat gevind by gesprekke met prof. Gary Brudvig (Yale Univ.), prof. G. Charles Dismukes (Princeton Univ.), dr. Peter Sauer (Indiana Univ.), en prof. Jeffrey Long (Univ. van Kalifornië, Berkeley). Eric Tulsky was baie behulpsaam met die opspoor van bronne van kristallografiese data vir die mineraalstrukture. Ons bedank Dr Heinz Frei (Lawrence Berkeley Nasionale Laboratorium) vir die bring van hierdie onderwerp onder ons aandag en Dr. Roehl Cinco, Henk Visser, Junko Yano en Uwe Bergmann by die Lawrence Berkeley Nasionale Laboratorium vir nuttige besprekings. Hierdie navorsing is ondersteun deur National Institutes of Health Grant GM-55302 en die Direkteur, Kantoor van Wetenskap, Kantoor van Basiese Energiewetenskappe, Afdeling Energie Biowetenskappe van die Amerikaanse Departement van Energie onder Kontrak DE-AC03-76SF00098.


Kyk die video: Kuliah ginekologi Fisiologi Siklus Haid (Oktober 2022).