БИОФИЗИКА, 2021, том 66, № 1, с. 78-83

БИОФИЗИКА КЛЕТКИ

УДК 577.355.3

ТЕМПЕРАТУРНАЯ УСТОЙЧИВОСТЬ ЭЛЕКТРОННОГО ТРАНСПОРТА

В МЕМБРАННЫХ ПРЕПАРАТАХ ФОТОСИСТЕМЫ II БЕЗ КАЛЬЦИЯ

В КИСЛОРОДВЫДЕЛЯЮЩЕМ КОМПЛЕКСЕ

Биологический факультет Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова,

119234, Москва, Ленинские горы, 1/12

E-mail: semin@biophys.msu.ru

Поступила в редакцию 25.11.2019 г.

После доработки 12.10.2020 г.

Принята к публикации 20.10.2020 г.

Исследована температурная устойчивость электронного транспорта к искусственному акцептору

электронов 2,6-дихлорофенолиндофенолу в препаратах нативной фотосистемы II и фотосистемы II

без катиона кальция в кислородвыделяющем комплексе. Температурная стабильность процессов

выделения кислорода и переноса электрона от кислородвыделяющего комплекса к 2,6-дихлорофе-

нолиндофенолу в фотосистеме II значительно отличаются - восстановление 2,6-дихлорофенолин-

дофенола более устойчиво к действию температуры, чем выделение кислорода. Реакция восстанов-

ления 2,6-дихлорофенолиндофенола в препаратах фотосистемы II без кальция менее устойчива к

нагреванию, чем в препаратах нативной фотосистемы II. Температурная инактивация мембранных

препаратов фотосистемы II без кальция ингибируется цитохромом с при концентрации 50 молекул

цитохрома с на реакционный центр фотосистемы II. Активность препарата (скорость восстановле-

ния 2,6-дихлорофенолиндофенола) при этом максимально возрастает на 19%, приближаясь к ак-

тивности нативной фотосистемы II. Протекторная функция цитохрома с, по-видимому, определя-

ется его белковой природой, а не его редокс-функцией, так как равный по величине защитный эф-

фект наблюдался и при добавлении альбумина в аналогичной концентрации. Практически полная

инактивация реакции восстановления 2,6-дихлорофенолиндофенола в препаратах фотосистемы II

с кальцием и без кальция в кислородвыделяющем комплексе имеет место при одинаковой темпера-

туре (50°С). Согласно данным ЭПР после инкубации при этой температуре в препарате фотосисте-

мы II без кальция отсутствует марганцевый кластер, но присутствует периферический белок 33 кДа.

Ключевые слова: фотосистема 2, кислородвыделяющий комплекс, кальций, термоустойчивость.

DOI: 10.31857/S0006302921010087

те ингибирования самого чувствительного к теп-

Расшифровка механизма влияния повышен-

лу компонента ФС II - кислородвыделяющего

ных температур на функционирование фотосин-

комплекса (КВК). Термоингибирование КВК со-

тетического аппарата растений имеет не только

провождается диссоциацией периферических

теоретическое значение, но и значительный

белков и высвобождением катионов марганца из

практический интерес. В этой связи данная про-

связывающих участков [2-6]. Полная инактива-

блема интенсивно исследуется, и в настоящее

ция выделения кислорода наблюдается при тем-

время достигнуты определенные успехи в этом

пературах 49-50°С [2, 4, 7]. Первоначальной ста-

направлении (см. обзорную работу [1]). В резуль-

дией данного процесса является, по-видимому,

тате многочисленных исследований установлено,

диссоциация периферического белка 18 кДа, со-

что при повышенных температурах в первую оче-

провождающаяся высвобождением катиона

редь происходит инактивация фотосистемы II

кальция из КВК [6]. Затем диссоциируют пери-

(ФС II) фотосинтетического аппарата в результа-

ферический белок 23 кДа и марганецстабилизи-

рующий белок 33 кДа [4], после чего попарно

Сокращения: ФС II - фотосистема II, КВК - кислородвы-

(2 + 2) высвобождаются катионы марганца [8].

деляющий комплекс, ДХФИФ - 2,6-дихлорофенолиндо-

фенол, ФСII(-Са) - фотосистема II без катиона кальция в

Предполагается, что нагревание инициирует ге-

кислородвыделяющем комплексе, ФСII(-Mn) - фотоси- нерацию синглетного кислорода ¹О₂ и гидрок-

стема II без марганцевого кластера в кислородвыделяю-

щем комплексе, ЭПР - электронный парамагнитный ре-

сильного радикала HO^•, которые разрушают D1-

зонанс.

белок реакционного центра фотосистемы II и та-

ТЕМПЕРАТУРНАЯ УСТОЙЧИВОСТЬ ЭЛЕКТРОННОГО ТРАНСПОРТА

ким образом индуцируют диссоциацию перифе-

рофилла 0.5 мг/мл в течение 15 мин при комнат-

рических белков PsbO, PsbP и PsbQ, так же как и

ном освещении

(4-5 мкЭ

⋅ м-2 ⋅

с^-1) и

катионов марганца, что и приводит к ингибиро-

температуре

22°C. Полученные препараты

ванию функциональной активности ФС II

ФСII(-Са) дважды отмывали буфером А и ресус-

[9].

пендировали в буфере А (рН 6.5).

В исследованиях, посвященных данной про-

Экстракция катионов марганца из препаратов

блеме, основным измеряемым параметром, отра-

ФС II. Экстракцию Mn из ФС II осуществляли

жающим эффективность термоингибирования

путем обработки нативных препаратов при кон-

ФС II, является скорость выделения кислорода

центрации хлорофилла 0.5 мг/мл 0.8 М трис-HCl-

КВК в процессе окисления им воды. В нативной

буфером (рН 8.5) (время инкубации 15 мин при

ФС II эти реакции (окисление воды и выделение

комнатных температуре и освещении). Получен-

молекулярного кислорода) сопряжены, т.е. осу-

ные препараты ФС II без марганцевого кластера в

ществляются взаимосвязанно. Однако при неко-

кислородвыделяющем комплексе (ФСII(-Mn))

торых обстоятельствах молекулы воды могут

осаждали и трижды отмывали буфером А для уда-

окисляться не до О₂, а до промежуточного

ления неспецифически связанных ионов Mn(II),

продукта Н₂О₂ без выделения кислорода. Такой

а затем ресуспендировали в буфере А (рН 6.5). Та-

процесс происходит в результате эффекта «разоб-

кие мембранные препараты не содержат всех

щения» и имеет место в мембранах ФС II после

внешних белков КВК, включая Mn-стабилизиру-

удаления катиона Са²⁺ совместно с перифериче-

ющий белок PsbO, а также катион Ca²⁺ и марган-

скими белками PsbP (23 кДа) и PsbQ (18 кДа) из

цевый каталитический кластер.

КВК [10]. Выделение кислорода в таких препара-

Измерение электрон-транспортной активности

тах отсутствует, тогда как светоиндуцируемый

препаратов ФС II. Скорость восстановления

электронный транспорт, регистрируемый по вос-

ДХФИФ определяли спектрофотометрически

становлению искусственного акцептора электро-

при длине волны 600 нм за первые 30 с освещения

нов

2,6-дихлорофенолиндофенола (ДХФИФ),

препаратов насыщающим светом. Для расчетов

сохраняется на достаточно высоком уровне (око-

использовали коэффициент молярной экстинк-

ло 70% от исходной величины) [10]. Этот эффект

ции депротонированной формы ДХФИФ, рав-

дает возможность в контексте вышеизложенного

ный 21.8 мМ^-1⋅ см^-1 [14]. Кинетику фотоиндуци-

исследовать особенности термоингибирования

рованного выделения кислорода препаратами

реакции окисления воды, не связанной с процес-

ФС II регистрировали с помощью закрытого

сом выделения кислорода. В данной работе мы

электрода Кларка в термостатируемой ячейке при

провели сравнительное исследование зависимо-

25°С. В качестве искусственного акцептора элек-

сти ингибирования восстановления ДХФИФ, а

тронов использовали 2,6-дихлоро-п-бензохинон

не выделения О₂, от температуры инкубации

в концентрации 200 мкМ. Источником возбужда-

мембранных препаратов интактной ФС II и

ющего света при регистрации кинетик восстанов-

ФСII(-Са).

ления ДХФИФ и выделения кислорода служили

светодиоды XBDROY (Cree Inc., США) с макси-

мумом излучения при 450 нм.

МАТЕPИАЛЫ И МЕТОДЫ

Термоинактивация препаратов. Все препараты

Выделение мембранных препаратов ФС II из ли-

ФС II с концентрацией хлорофилла 20 мкг/мл

стьев шпината. Мембранные препараты ФС II

инкубировали при определенной температуре в

(BBY-частицы) были выделены из листьев ры-

течение 15 мин (время термообработки, при кото-

ночного шпината согласно методике, опублико-

ром инактивирующий эффект выходит на плато)

ванной в работе [11]. Препараты хранили при

в темноте, помещая образцы в предварительно

температуре -80°С в буфере А следующего соста-

прогретый буфер. Затем быстро охлаждали до 4°С

ва: 400 мМ сахарозы, 15 мМ NaCl, 50 мМ 2-(N-

во льду (3 мин). Все измерения проводили при

морфолино)этансульфоновой кислоты/NaOH

температуре 25°С.

(рН 6.5). Концентрацию хлорофилла определяли

в 80%-м растворе ацетона согласно методу, пред-

Регистрация спектров электронного парамаг-

ложенному в работе [12].

нитного резонанса. Метод электронного парамаг-

нитного резонанса (ЭПР) был использован для

Экстракция катионов Са²⁺ из препаратов ФС II.

определения светозависимого окисления экзо-

Ca²⁺, PsbQ- и PsbP-белки КВК были удалены из

генных катионов Mn(II) препаратами ФСII(-Са)

нативных препаратов ФС II путем обработки их

путем регистрации шестилинейчатого спектра

буфером, содержащим 2 M NaCl, 0.4 M сахарозы

свободных катионов Mn(II). ЭПР-измерения

и 25 мM 2-(N-морфолино)этансульфоновой кис-

проводили на радиоспектрометре РЭ1307 трех-

лоты/NaOH (pH 6.5) [13]. Мембраны ФС II инку-

сантиметрового диапазона (СКБ средств автома-

бировали в этом буфере при концентрации хло-

тики, Смоленск). Уcловия pегиcтpации: мощ-

БИОФИЗИКА том 66

№ 1

2021

ЛОВЯГИНА, СЁМИН

заны зависимости устойчивости реакции выделе-

ния кислорода интактным препаратом ФС II

(кривая 1) и реакции восстановления ДХФИФ

препаратами ФС II, ФСII(-Са) и препаратом ФС

II без катионов марганца в КВК (ФСII(-Mn)). В

последнем случае в качестве донора электронов

использовали систему Н₂О₂ (3 мМ) + Mn(II)

(2 мкМ). Полученные результаты показывают,

что процесс восстановления ДХФИФ в нативных

препаратах ФС II более устойчив к повышенной

температуре, чем реакция выделения О₂. Процесс

инактивации выделения О₂ начинается при более

низких температурах (30-35°С), чем ингибирова-

ние восстановления ДХФИФ (рис. 1). Этот факт

может быть объяснен ранней диссоциацией пе-

риферического белка 18 кДа (PsbQ) и ингибиро-

ванием вследствие этого реакции выделения кис-

Рис. 1. Зависимости скорости выделения О₂ и восста-

лорода [6]. В то же время в результате эффекта

новления ДХФИФ различными препаратами ФС II

разобщения [10] реакция окисления воды инги-

от температуры предварительной инкубации: 1, 2 -

скорости выделения О₂ и восстановления ДХФИФ

бируется незначительно, что проявляется в боль-

нативными препаратами ФС II соответственно; 3 -

шой скорости восстановления ДХФИФ. Сочета-

скорость восстановления ДХФИФ препаратом

ние этих двух механизмов и является причиной

ФСII(-Са); 4 - скорость восстановления ДХФИФ

различия в температурной устойчивости выделе-

препаратом ФСII(-Mn) с донорной системой [2 мкM

ния О₂и восстановления ДХФИФ. Реакция вос-

Mn + 3 мM H₂O₂]. 100% соответствует активности

конкретного препарата после инкубации при темпе-

становления ДХФИФ в мембранных препаратах

ратуре 25°С: 160 мкмоль ДХФИФ ⋅ мг Хл^-1⋅ ч^-1 и

ФСII(-Са) менее устойчива к нагреванию (рис. 1,

кривая 3), чем в нативных препаратах ФС II, но

480 мкмоль О₂⋅ мг Хл^{- 1}⋅ ч^-1 для нативной ФС II;

более устойчива, чем процесс выделения кисло-

110 мкмоль ДХФИФ ⋅ мг Хл^-1⋅ ч^-1 - для препарата

рода нативными мембранами ФС II. Поскольку

ФСII(-Са); 170 мкмоль ДХФИФ ⋅ мг Хл^-1⋅ ч^-1 - для

препарат ФСII(-Са) не содержит перифериче-

препарата ФСII(-Mn). Условия термоинактивации

описаны в разделе «Материалы и методы».

ских белков PsbР и PsbQ, скорость окисления им

воды меньше, чем в нативных препаратах, и опре-

деляется только присутствием марганцевого кла-

ноcть CВЧ - 20 мВт, амплитуда ВЧ-модуляции -

стера и одного периферического (Mn-стабилизи-

10 Гс, константа времени - 10 мс, время разверт-

рующего) белка PsbО, что делает эту реакцию бо-

ки - 20 с, ширина развертки - 1000 Гс. Образцы

лее чувствительной к температуре. Зависимость 4

помещали в плоскую кварцевую кювету с внут-

на рис. 1 демонстрирует устойчивость к темпера-

ренним зазором 0.25 мм. Освещение проводили в

туре препарата ФС II без КВК (ФСII(-Mn)), т.е.

резонаторе радиоспектрометра сфокусирован-

зависимость электрон-транспортной цепи от Y_Z

ным светом интенсивностью 1500 мкЭ ⋅ м^-2⋅ с^-1.

до Q_B. Полученный результат показывает, что

Концентрация хлорофилла составляла 1 мг/мл.

наиболее чувствительным к температуре в ФС II

Все эксперименты были выполнены при 22°C.

является марганцевый кластер в комплексе с пе-

Представленные на рисунках и в таблице дан-

риферическими белками.

ные являются средними арифметическими зна-

В последующих экспериментах мы исследова-

чениями, полученными в независимых экспери-

ли возможность увеличения устойчивости к по-

ментах при проведении не менее трех измерений

вышенной температуре ФС II без двух перифери-

в каждом опыте.

ческих белков и кальция в КВК путем добавления

экзогенного белка, в качестве которого был вы-

бран цитохром с. Это обусловлено тем, что в ФС

PЕЗУЛЬТАТЫ И ОБCУЖДЕНИЕ

II термофильных цианобактерий в качестве пери-

В процессе измерения температурной устой-

ферического белка присутствует цитохром с₅₅₀,

чивости препараты были инкубированы при за-

стабилизирующий КВК при термоинактивации

данной температуре в интервале 25-50°С в тече-

[15]. Цитохром с, добавленный к препарату

ние 15 мин, а затем деструктивное действие тепла

ФСII(-Са) в соотношении 50 молекул на реакци-

быстро останавливали, охлаждая препараты во

онный центр, существенно увеличивает устойчи-

льду. Измерения активности препаратов (восста-

вость мембранного препарата к нагреванию

новление ДХФИФ или выделение кислорода)

(рис. 2, таблица). Следует отметить, что цитохром

проводили при температуре 25°С. На рис. 1 пока-

с может быть восстановлен электрон-транспорт-

БИОФИЗИКА том 66

№ 1

2021

ТЕМПЕРАТУРНАЯ УСТОЙЧИВОСТЬ ЭЛЕКТРОННОГО ТРАНСПОРТА

ными компонетами ФС II [16, 17], т.е. окислять

их, влияя тем самым на структурные особенности

препарата. Однако редокс-активность цито-

хрома с, по-видимому, не является основной в

обнаруженной нами защитной функции, так как

другой белок (без редокс-активности) - альбу-

мин - также повышает устойчивость ФСII(-Са) к

термоинактивации (см. таблицу).

Интересно отметить, что полная инактивация

процесса переноса электрона от КВК к ДХФИФ

происходит при одинаковой температуре (50°С)

как в нативном препарате ФС II, так и в препара-

те ФСII(-Са). Прекращение электронного потока

к экзогенному акцептору электронов означает

полное ингибирование процесса окисления воды

скорее всего в результате полной деструкции мар-

ганцевого кластера. Мы исследовали препарат

Рис. 2. Влияние цитохрома с на термоустойчивость

ФСII(-Са), прогретый при температуре

50°С

электронного транспорта (восстановление ДХФИФ)

(рис. 3). В растворе катионы Mn(II) имеют ше-

в препаратах ФСII(-Са), прогретых при 40 или 45°С.

стилинейчатый спектр ЭПР, который надежно

За 100% принята величина скорости восстановления

акцептора каждым конкретным препаратом,

регистрируется при диссоциации восстановлен-

измеренная после прогревания при температуре

ного марганцевого кластера [18-20]. Измерен-

25°С. Препараты инкубировали в буфере А (рН 6.5)

ный ЭПР-спектр прогретого препарата показы-

при заданной температуре в течение 15 мин, затем

вает наличие в растворе свободных катионов вос-

быстро охлаждали до 4°С (3 мин), центрифугировали

становленного марганца, которые исчезают при

5 мин при 16000 g и суспендировали в буфере А.

Измерения проводили при температуре

25°С.

освещении. Исчезновение шестилинейчатого

Концентрация цитохрома с составляла 5 мкМ.

спектра свидетельствует об окислении катионов

Mn(II) препаратом ФСII(-Са), которое может

происходить только на высокоаффинном Mn-

участка. Увеличение концентрации катионов

связывающем участке [21]. Эти результаты свиде-

марганца в растворе при добавлении экзогенного

тельствуют, что прогревание фотосистемы при

марганца не влияет на эффективность их окисле-

температуре, близкой к 50°С, сопровождается

ния при освещении, что демонстрирует высокую

восстановлением катионов марганца каталитиче-

ского центра, их выходом из участков связывания

концентрацию окисляющих центров. Следует от-

и появлением свободного высокоаффинного

метить, что окисленные на свету катионы мар-

Влияние цитохрома с и альбумина на термоустойчивость электронного транспорта в препаратах ФСII(-Са)

Температура инкубации 25°С

Температура инкубации 45°С

Препарат

Скорость восстановления ДХФИФ

мкмоль ⋅ мг Хл^-1 ⋅ ч^-1

ФС II

160

100

131

ФСII(-Са)

109

ФСII(-Са) + 5 мкМ цитохрома с

(измерение активности в

108

присутствии цит. с)

ФСII(-Са) + 5 мкМ цитохрома с

(цитохром с удален после

106

прогревания)

ФСII(-Са) + 5 мкМ альбумина

(измерение активности в

109

присутствии альбумина)

ФСII(-Са) + 5 мкМ альбумина

(альбумин удален после

107

прогревания)

БИОФИЗИКА том 66

№ 1

2021

ЛОВЯГИНА, СЁМИН

туре (50°С), хотя их температурная зависимость

разная: процесс неполного окисления воды более

устойчив к нагреванию препарата ФС II. Полу-

ченный результат, по-видимому, обусловлен эф-

фектом разобщения [10], т.е. тем, что первона-

чально происходит инактивации реакции синтеза

молекулярного кислорода и лишь затем реакции

неполного окисления воды без выделения О₂ ча-

стично поврежденным КВК. Полная инактива-

ция препарата ФСII(-Са), в отличие от нативного

препарата ФС II, сопровождается удалением мар-

ганцевого кластера при сохранении белка PsbО.

Установлено, что водорастворимый белок цито-

хром с повышает термоустойчивость электрон-

транспортной цепи в препаратах ФСII(-Са), не

участвуя при этом в окислительно-восстанови-

тельных превращениях.

КОНФЛИКТ ИНТЕРЕСОВ

Авторы заявляют об отсутствии конфликта

интересов.

Рис. 3. Спектры ЭПР препаратов ФСII(-Са), прогре-

тых при 50°С в течение 15 мин. Термоинкубацию пре-

паратов проводили при концентрации хлорофилла

20 мкг/мл в темноте, затем препарат быстро охлажда-

СОБЛЮДЕНИЕ ЭТИЧЕСКИХ СТАНДАРТОВ

ли до 4°С и концентрировали с помощью центрифу-

гирования 5 мин при 16000 g. Концентрация мембран

Настоящая работа не содержит описания ис-

в образце составляла 1 мг Хл/мл (4 мкM реакционных

следований с использованием людей и животных

центров), экзогенного Mn(II) 4 мкМ, ДХФИФ 40 мкМ.

в качестве объектов.

Интенсивность освещения 1500 мкЭ ⋅ м^-2 ⋅ с^-1. Усло-

вия измерения ЭПР-спектров приведены в разделе

«Материалы и методы».

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. S. I. Allakhverdiev, V. D. Kreslavski, V. V. Klimov,

et al., Photosynth. Res. 98, 541 (2008).

ганца быстро восстанавливаются в темноте. При

2. D. Nash, M. Miyao, and N. Murata, Biochim. Bio-

освещении препарата в присутствии ДХФИФ

phys. Acta 807, 127 (1985).

восстановленный ДХФИФН₂ частично восста-

3. L. K. Thompson, R. Blaylock, J. M. Sturtevant, et al.,

навливает окисленные катионы марганца, в ре-

Biochemistry 28, 6686 (1989).

зультате чего на свету появляется шестилинейча-

4. I. Enami, M. Kitamura, T. Tomo, et al., Biochim. Bio-

тый спектр. Скорость восстановления значитель-

phys. Acta 1186, 52 (1994). Isao

но увеличивается при наличии в фотосистеме

5. Y. Yamane, Y. Kashino, H. Koike, et al., Photosynth.

белка PsbО [19], поэтому наличие шестилинейча-

Res. 57, 51 (1998).

того спектра в спектре ЭПР образца, освещенно-

6. M. Barra, M. Haumann, and H. Dau, Photosynth. Res.

го в присутствии ДХФИФ, свидетельствует, что

84, 231(2005).

во всяком случае 15-минутная инкубация препа-

7. S. Z. Toth, J. T. Puthur, V. Nagy, et al., Plant Physiol.

рата ФСII(-Са) при температуре 50°С не сопро-

149, 1568 (2009).

вождается полной диссоциацией этого белка.

8. P. Pospisil, M. Haumann, J. Dittmer, et al., Biophys. J.

84, 1370 (2003).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

9. A. Yamashita, N. Nijo, P. Pospísˇil, et al., J. Biol.

Chem. 283, 28380 (2008).

Сравнительное исследование термоустойчи-

10. K. Semin, L. N. Davletshina, I. I. Ivanov, et al., Photo-

вости реакции окисления воды с выделением

synth. Res. 98, 235(2008).

кислорода (полярографическая регистрация ки-

11. F. Ghanotakis and G. T. Babcock, FEBS Lett. 153, 231

нетик синтеза О₂ препаратами ФС II) и неполно-

(1983).

го окисления воды до перекиси водорода (спек-

12. R. J. Porra, W. A. Tompson, and P. E. Kriedemann,

трофотометрическая регистрация скорости вос-

Biochim. Biophys. Acta 975, 384 (1989).

становления акцептора электронов ДХФИФ

13. T. Ono and Y. Inoue, Biochim. Biophys. Acta 1020,

препаратами ФС II без катиона Са²⁺ в КВК) по-

269 (1990).

казало, что в обоих препаратах полная инактива-

14. J. M. Armstrong, Biochim. Biophys. Acta 86, 194

ция этих реакций происходит при одной темпера-

(1964).

БИОФИЗИКА том 66

№ 1

2021

ТЕМПЕРАТУРНАЯ УСТОЙЧИВОСТЬ ЭЛЕКТРОННОГО ТРАНСПОРТА

15. Y. Nishiyama, H. Hayashi, T. Watanabe, et al., Plant

18. A-F. Miller and G. W. Brudvig, Biochim. Biophys. Acta

Physiol. 105, 1313(1994).

1056, 1 (1991).

19. B. K. Semin, T. E. Podkovirina, L. N. Davletshina,

16. S. A. Khorobrych and B. N. Ivanov, Photosynth. Res.

et al., J. Bioenerg. Biomembr. 47, 361 (2015).

71, 209 (2002).

20. A. Zavafer, M. H. Cheah, W. Hillier, et al., Sci. Rep. 5,

17. B. K. Semin, L. N. Davletshina, K. N. Timofeev, et al.,

16363 (2015).

Photosynth. Res. 117, 385 (2013).

21. T. Ono and H. Mino, Biochemistry 38, 8778 (1999).

Thermal Stability of Electron Transport in the Oxygen-Evolving Complex

of Ca-Depleted Photosystem II Membranes

E.R. Lovyagina and B.K. Semin

Faculty of Biology, Lomonosov Moscow State University, Leninskie Gory 1/12, Moscow, 119234 Russia

Thermal stability of electron transport to artificial electron acceptor 2,6-dichlorophenolindophenol was in-

vestigated in intact photosystem II (PS II) and Ca-depleted photosystem II (PSII(-Ca)) membranes in the

oxygen-evolving complex. The thermal stability data of the processes of oxygen evolution and electron trans-

port from the oxygen-evolving complex to 2,6-dichlorophenolindophenol in PS II vary significantly -reduc-

tion of 2,6-dichlorophenolindophenol is more stable than oxygen evolution in the the effects of temperature

exposure. Reduction of 2,6-dichlorophenolindophenol in PSII(-Ca) membranes is less temperature

resistant than that in the intact PS II samples. Heat inactivation of PSII(-Ca) membranes is inhibited by cy-

tochrome c in the presence of 50 cytochrome c molecules per the PS II reaction center. Meanwhile, the sam-

ple activity (the rate of 2,6-dichlorophenolindophenol reduction) increased to the maximum by 19% reach-

ing the value close to that of the activity of intact PS II samples. Protective function of cytochrome c is ap-

parently determined by its protein nature rather than by its redox function since a similar protective effect was

observed after addition of albumin at the same concentration. Almost full inactivation of 2,6-dichloropheno-

lindophenol reduction in PSII(-Ca) and PS II samples is observed at the same temperature (50°C). Accord-

ing to EPR data, after incubation at this temperature, the manganese cluster is absent in the PSII(-Ca) sam-

ple but the extrinsic 33 kDa protein is still present.

Keywords: photosystem II, oxygen-evolving complex, calcium, temperature stability

БИОФИЗИКА том 66

№ 1

2021