Структура и механизм функционирования активных центров биологически важных комплексов альфа-металлов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 03.00.02, доктор физико-математических наук Васильева, Людмила Юрьевна

• Васильева, Людмила Юрьевна
• доктор физико-математических наук
• 1998

Оглавление диссертации доктор физико-математических наук Васильева, Людмила Юрьевна

Введение

Глава 1. Общие представления о структуре активных центров, содержащих ионы переходных металлов, ряда биологических комплексов.

§1. Анализ электронной структуры ионов комплексообразователей^

§2. Металлоферменты

Глава 2. Квантовохимические методы, используемые для описания структуры активных центров комплексных соединений.

§1. Метод валентных связей и теория кристаллического поля ^

§2. Элементы теории симметрии молекул:^

§3. Теория поля лигандов

Глава 3. Построение модели белково-марганцевого комплекса, участвующего в выделении кислорода при фотосинтезе.

§1. Общие представления о фотосинтетичском аппарате^

§2. Кинетические модели выделения кислорода^

§3. Модель Ренгера;

§4. Обсуждение квантовохимической модели белково-марганцевого комплекса: а) модель структуры активного центра комплекса. б) квантовохимическая модель функционирования активного центра комплекса ^ в) механизм разложения воды г) физические аспекты функции каротиноидов, связывающихся с Р+вап д) корреляционная диаграмма активного центра комплекса°

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Структура и механизм функционирования активных центров биологически важных комплексов альфа-металлов»

Актуальность темы. Биологически активные соединения, содержащие ионы переходных металлов, играют важную роль^ в процессах жизнедеятельности. Анализ структуры простейших металлоферментов и более «сложных железопорфиринов показал много общего: наличие активного центра, содержащего ионы металлов переходного ряда (Ре2+, Си2+, Со2+, гп2+, Мп2+). Стереохимия активных центров определяется электронной конфигурацией центрального иона, определяющей его координационное число, и природой лиганда. Как правило, взаимодействие центрального иона с лигандами осуществляется по донорно-акцепторному механизму: ион переходного металла предоставляет для связи вакантные орбитали, белковый лиганд - неподеленную пару электронов либо от атома азота пептидной группы, либо от кислорода. Поведение иона-комплексообразователя можно рассматривать с помощью теории кристаллического поля и теории поля лигандов. В настоящее время довольно подробно изучена структура многих металлоферментов, однако механизм действия их активных центров не определен.

Анализ имеющихся в литературе данных позволил предположить:

1) несмотря на различные функциональные свойства, механизм действия активных центров металлоферментов один и тот же: акцептирование и донирование электронов;

2) для выяснения структуры, функциональных свойств, механизмов действия биологически активных координационных соединений необходим комплексный подход: применение конформационного анализа для расчета структуры активного центра и квантовохимических методов для получения энергетических характеристик на различных этапах функционирования.

Особый интерес представляет проблема точности расчетных методов. Весьма сложная структура ферментов, содержащих активный центр и сотни аминокислотных остатков, недоступна для точных расчетов. Поэтому необходимо использовать комплексный подход и решать две задачи: 1) выделить активный центр и рассматривать его энергетические характеристики на основе качественных расчетных методов квантовой химии; 2) для учета ближайшего окружения активного центра и возможного влияния на его структуру использовать конформационный анализ. Подобный подход к рассмотрению и расчету структуры белковых комплексов дает возможность создавать модели их активных центров. г

Большое количество работ посвящено изучению структуры фото-системы 2 (ФС II) в целом, структуре кислородвыделяющего комплекса (КВК), электронному транспорту. К ним относятся классические работы Б.А. Рубина, А. Б. Рубина, А. К. Кукушкина, А.Н. Тихонова, М.Г. Гольдфельда, Говинджи и др.

В настоящее время известно, что КВК ФС II хлоропластов растений - это надмолекулярный пигментбелковый комплекс, в фотохимически активном центре которого происходит расщепление молекулы воды и передача электрона от воды в ЭТЦ хлоропластов для образования первичных восстановленных продуктов фотосинтеза. Экспериментальные данные указывают на то, что в фотохимическом окислении воды и выделении кислорода принимает участие комплекс, содержащий ионы марганца. Глобальный масштаб этого процесса и его значение в круговороте веществ в природе трудно переоценить. Этим объясняется актуальность изучения механизма функционирования КВК.

В литературе обсуждается много моделей марганцевого комплекса, активные центры которых представляют в виде кластеров, состоящих из четырех ионов марганца или кластеров - димеров (результаты EXAFS-измерений и др.). Достаточно много информации о белковом составе комплекса. Функционирование активного центра связывают с изменением зарядового состояния ионов марганца, соотнося их с Sj-состояниями модели Кока (Кок и др., 1970). Однако имеющихся данных оказалось недостаточно для выяснения механизма процесса выделения кислорода.

Как правило, модели белково-марганцевого комплекса строятся без учета электронной конфигурации центрального иона, которая определяет механизм функционирования активного центра. Применение предложенного подхода дает возможность на качественном уровне определить стереохимию активного центра, используя теорию кристаллического поля (ТКП), рассмотреть образование молекулярных орбиталей (МО) комплекса и распределение на них электронов (теория поля лигандов). Поскольку стереохимия и электронная конфигурация

- в комплекса определяет механизм функционирования активного центра на электронном уровне, то возникает необходимость разработки простого в употреблении метода, дающего качественные оценки электронной структуры, которая в конечном итоге определяет функциональные характеристики металлофермента.

Необходимо также отметить, что использование ТКП и теории поля лигандов дает возможность сделать выбор из предполагаемых моделей, определить наиболее вероятную структуру активного центра.

В настоящей работе квантовохимический подход применялся к марганцевым комплексам (моно- и полиядерным), к более сложным электронным системам: ферредоксину (Fe4S4-Knacrepbi в активном центре), нитрогеназе - полиядерном металлоферменте. На сегоднишний день имеется достаточно информации о составе ее активного центра, обсуждаются модели предполагаемой структуры активного центра фермента, включающего Fe4S4-KnacTep и связанный с ним FeMo-белковый кластер (работы Лихтенштейна Г.И., Шилова А.Е., Сырцова A.A., Гвоздева Р.И., Котельникова А.И.). Нитрогеназа — центральный фермент биологической фиксации молекулярного азота. Проблема фиксации азота в искусственных условиях обсуждается давно, но до сих пор не решена и механизм процесса остается дискуссионным. Надо полагать, что рассмотрение электронной структуры дает возможность представить механизм функционирования активного центра нитрогеназы.

Диссертация выполнена в соответствии с планом научных работ Тверского государственного университета по направлению: "Связь свойств веществ со строением молекул" (государственный регистрационный номер 01.84.008536).

Цель и задачи исследования. Основной целью работы является исследование взаимосвязи структуры и функций активных центров некоторых биологически активных комплексов ионов переходных металлов. Она определяет ряд задач:

- выявить на основе анализа электронной конфигурации ионов переходных металлов, входящих в активные центры мехаллоферментов, общие закономерности их структуры; »

- разработать на основе этих закономерностей простой алгоритм, позволяющий на качественном уровне оценить электронную конфигурацию активного центра металлофермента, содержащего ион переходного металла на основе теории кристаллического поля и теории поля лигандов;

- рассмотреть на основе алгоритма: 1) моноядерный комплекс; 2) кластер -моноядерный комплекс; 3) кластер - димер; 4) полиядерные кластеры;

- провести качественный квантовохимический расчет энергетических характеристик моноядерного активного центра марганцевого комплекса на различных этапах его функционирования;

- разработать базовую схему реализации ОН*-радикалов и общую схему процесса выделения кислорода при фотосинтезе, включающего всех его участников;

- разработать на основе квантовохимической модели активного центра нитрогеназы механизм его функционирования.

Научная новизна. Впервые разработан алгоритм построения электронной структуры активного центра комплексов ионов переходных металлов в виде корреляционных диаграмм, которые дают возможность смоделировать механизм функционирования и определить возможны ли с квантовохимической точки зрения те или иные теоретические модели.

Впервые разработаны: 1) модели электронного строения активных центров moho-, полиядерных комплексов на примере ряда металлоферментов, в том числе белково-марганцевого комплекса, участвующего в процессе выделения кислорода при фотосинтезе; 2) этапы функционирования активного центра марганцевого комплекса (восстановление Р+б8о, расщепление молекулы воды; 3) базовая схема реализации ОН*-радикалов с участием ксантофиллов или органических соединений, способных образовывать эпоксидную группу; 4) общая схема процесса выделения кислорода, включающая всех участников процесса; 5) механизм функционирования активного центра нитрогеназы.

Практическая значимость. Полученные в работе результаты могут найти применение при прогнозировании и конструировании лекарственных препаратов, моделировании процессов, происходящих с участием металлоферментов недоступных для экспериментального исследования.

По материалам диссертации написаны два учебных пособия, которые используются при чтении спецкурсов для бакалавров, и магистров по направлению "химия" Тверского госуниверситета. Результаты работы используются также в учебном процессе в Тверском техническом университете и Московской Академии приборостроения.

Часть диссертационного материала (процесс выделения кислорода) вошла в монографию "Физиология растительных организмов" (с соавторами, издательство МГУ, 1989 г.).

В первой главе проводится анализ структуры и функции активных центров металлоферментов, содержащих ионы переходных металлов, ряда биологических комплексов" проведен анализ структуры и функций активных центров металлоферментов, содержащих ионы с1-металлов Ре2+, Си2+, 1п2+, Мп2+, с целью выявления закономерностей. Показано, что функционирование подобных комплексов определяется следующими факторами: 1) природой центрального иона; 2) первичной последовательностью аминокислот; 3) природой лигандов; 4) структурой активного центра. Цель главы - выявить закономерности, характерные для активных центров металлоферментов. Характерные свойства таких комплексов следующие: 1) орбитали лигандов и ионов металла взаимодействуют при условии их соответствия по симметрии и энергии; 2) в комплексах металлов с белками ион-комплексообразоватедь обычно связывается с пептидным азотом или кислородом по механизму донорно-акцепторного взаимодействия; ион предоставляет с1-орбитали, пептидный азот или кислород - неподеленную пару электронов. Часто при этом координационная связь сопровождается образованием хелатных колец, повышающих устойчивость комплекеса.

Во второй главе рассмотрены квантовохимические методы, используемые при теоретическом рассмотрении комплексных соединений: теория кристаллического поля; элементы теории симметрии и теория поля лигандов.

Практическое применение этих методов с учетом специфики структуры активных центров с ионами переходных металлов рассмотрены в третьей главе на примере модели активного центра белково-марганцевого комплекса, принимающего участие в выделение кислорода при фотосинтезе. Вопрос о структуре и функциях такого комплекса обсуждается давно, имеется богатый экспериментальный материал, анализ которого приведен в главе. Имеются сведения о компонентах воднорасщепляющей системы, но механизм действия комплекса до сих пор не известен. Использование квантовохимических представлений и общих закономерностей подобных соединений дало возможность построить модель марганцевого комплекса, представить все этапы его функционирования и построить корреляционную диаграмму его активного центра.

-ю

В четвертой главе представлен квантовохимический расчет электронной структуры активного цетра марганцевого комплекса и его энергетические

4 г характеристики на различных этапах функционирования. Показано, что наиболее приемлемым является метод МО ЛКАО с учетом гетероатомов и центрального иона -полуэмпирический метод расчета (модификация метода Малликена-Вольфсберга-Гельмгольца). Выбор такого метода расчета обоснован тем, что для сложных структур подобного типа неэмпирические методы применять нецелесообразно -невозможно получить достоверные результаты. Далее рассмотрена квантовохимическая модель участия ксантофиллов в выделение кислорода. Показано, что ксантофиллы выполняют роль "ловушки" радикалов ОН'; получившихся при разложении молекул воды комплексом. Согласно последним данным с ОН'-радикалами могут взаимодействовать любая органика, способная образовывать эпоксидную группу и имеющую фрагмент -СН2-СН2- (а-токоферилхинон, глутаминовая кислота). В заключении главы обсуждаются основные результаты и общая схема процесса выделения кислорода.

В пятой главе представлен конформационный анализ структурной модели активного центра марганцевого комплекса. Конформационный расчет показал, что модель реальна.

В шестой главе анализируется структура и особенности функционирования полиядерных комплексов. Биологически активные соединения с кластерными активными центрами (марганцевые комплексы, железосерные ферменты, нитрогеназа) играют важную роль во многих жизненно важных ферментативных реакциях. Вследствие сложности структуры активных центров, к ним невозможно применять точные и даже полуэмпирические квантовохимические методы расчета. Показано, что с помощью построения корреляционных диаграм, можно получить качественную информацию электронной структуры активного центра и прогнозировать их функциональные свойства. На основе такой диаграммы обсуждается механизм функционирования активного центра нитрогеназы.

Далее рассмотрены модели многоядерных марганецсодержащих комплексов, представленные различными авторами, которые строились без учета

- и ~ электронной конфигурации активных центров. Особое внимание уделено популярным моделям, предложенным авторами, использовавшими метод ЕХАРБ. Подобные модели, содержащие марганцевые кластеры, рассмотрены на основе квантовохимических представлений, обсуждаемых в работе. В заключении работы сделаны выводы.

Заключение диссертации по теме «Биофизика», Васильева, Людмила Юрьевна

Результаты работы показывают, что электронная конфигурация активных центров строится по общим законам на основе ТКП и ТПЛ, а белковое окружение слабо влияет на энергетические уровни и распределение на них электронов, его роль сводится к управлению ферментативными процессами.

По результатам работы были сделаны следующие выводы:

1. Установлены общие закономерности между электронным строением ионов переходных металлов (Яе2+, 2п2*, Си2+, Со2+, Мп2+) и стереохимией активных центров ряда биологически активных соединений. Выявлена общая закономерность: взаимодействие центрального иона с лигандами осуществляется по донорно-акцепторному механизму: ион предоставляет на связь вакантные орбитали, лиганд -неподеленную пару электронов (кислорода или пептидного азота). Часто координационная связь сопровождается образованием хелатных колец (пятичленных колец ординарных связей), повышающих устойчивость комплекса. Стереохимия активного центра сохраняется при функционировании белковым матриксом.

2. На основе выявленных закономерностей разработан качественный метод построения корреляционных диаграмм для активных центров биокомплексов с1-элементов (металлоферментов): одноядерных, полиядерных, кластеров. Метод основан на качественных квантовохимических методах - теории кристаллического поля и теории поля лигандов.

3. С помощью корреляционных диаграмм выделены разрешенные (или запрещенные) схемы функционирования моделей марганцевых комплексов по энергетическим или симметрийным соображениям.

4. Проанализированы модели функционирования марганцевого комплекса в процессе выделения кислорода при фотосинтезе. Показано, что модели, содержащие переходы Мп2+->Мп3+ квантовохимически разрешены , а переходы Мп3+-»Мп4+ в октаэдрических комплексах квантовохимически запрещены. Для осуществления перехода необходимо допустить наличие конформационных переходов.

5. Разработана модель функционирования активного центра моноядерного марганцевого комплекса, включающая два этапа: восстановление окисленного пигмента реакционного центра ФС II (Р+б8о) и взаимодействия с молекулой воды. Проведен качественный расчет каждого этапа функционирования полуэмпирическим методом квантовой химии (МО ЛКАО). Показано, что восстановление Р+68о может осуществляться при взаимодействии активного центра комплекса с иононовым кольцом каротиноида или кольцом тиpoзинav

6. Разработана модель процесса связывания ОН*-радикалов (выделяющихся при разложении молекулы воды) за счет взаимодействия с ксантофиллами, сопровождающегося выделением кислорода. Показано, что роль ксантофиллов может выполнять ряд органических соединений, способных образовывать эпоксидную группу и имеющую фрагмент -СН2-СН2- ( а-токоферилхинон, глутаминовая кислота). Разработана базовая схема реализации ОН'-радикалов и общая схема процесса фотосинтетического выделения кислорода, включающая всех его участников.

7. На основе разработанного метода построены корреляционные диаграммы сложных электронных систем: активных центров ферредоксина, нитрогеназы. Показано, что по мере усложнения электронной структуры активных центров биологически активных комплексов с1-металлов основные закономерности их функционирования сохраняются.

На основе корреляционной диаграммы активного центра нитрогеназы разработана схема его функционирования.

8. Система энергетических уровней и распределение на них электронов подчиняется общим закономерностям и может быть построена с помощью теории кристаллического поля и теории поля лигандов. Белковый матрикс не влияет непосредственно на электронную конфигурацию активного центра, его роль в основном сводится к управлению ферментативными процессами.

Заключение.

Исследование взаимосвязи структуры и •• функций биологически активных соединений открывает большие возможности в решении целого ряда задач. Среди них можно назвать такие, как прогнозирование и конструирование лекарственных препаратов, моделирование процессов, труднодоступных для экспериментального исследования.

В настоящей работе изучение взаимосвязи структуры и функций проводилось на определенном классе соединений - металлпротеиновых комплексов, содержащих в активном центре ионы переходных металлов. Выбор именно этих объектов для исследования объясняется тем, что подобные биологически активные соединения кроме того, что играют важную роль в процессах жизнедеятельности, интересны с точки зрения квантовой химии.

Анализ имеющейся в литературе данных о биокомплексах этого класса соединений более менее экспериментально изученных, модельных систем дал возможность сделать следующий вывод: структура активных центров (¿-металлов определяется электронной конфигурацией центрального иона, лигандами и сохраняется в процессе функционирования белковым матриксом макромолекулы, который выполняет регуляторные функции, сохраняя симметрию комплекса, тем самым влияя на скорость ферментативного процесса.

Современные представления о поведении белков-ферментов, механизм электронно-конформационных переходов дали возможность выработать подход к квантовохимическому моделированию активных центров комплексов с1-металлов, который невозможно выделить и детально исследовать экспериментально. Основные положения метода построения модели следующие: сначала необходимо рассмотреть электронную конфигурацию центрального иона, затем, провести "сортировку" по симметрии орбиталей лигандов, определить МО комплекса, образующиеся при перекрывании, АО центрального иона и АО лигандов, соответствующие по энергии и симметрии, что определяется на основе теории поля лигандов. Поведение центрального иона в поле лигандов определяется с помощью теории кристаллического поля.

На основе рассмотренного метода была разработана модель активного центра моноядерного марганцевого комплекса, комплекса -димера, комплекса -кластера.

На основе квантовохимического подхода была разработана модель процесса реализации ОН'-радикалов, выделяющихся при разложении молекулы воды. Рассматривается взаимодействие ОН*-радикалов с ксантофиллами или органическими соединениями, содержащими кольцо, аналогичное иононовому, образующему эпоксидную группу, и фрагмент -СН2-СН2-.

Расчет комплексов подобного типа - сложная задача. Анализ используемых в подобных задачах теоретических методов квантовой химии показал, что наиболее подходящим является модифицированный метод МО JT1KAO. (но который может дать лишь качественные результаты, позволяющие оценить достоверность модели на различных этапах функционирования). Для сложных систем точные квантовохимические расчеты (ab initio) дают недостоверные результаты. Модификация заключается в том, что использовался фрагмент макромолекулы -активный центр, вводились поправки, учитывающие присутствие центрального иона, его ближайшего окружения. Полученные результаты подтвердили обсуждаемую модель.

Конформационные расчеты структуры модели активного центра показали, что имеется только один конформер, подходящий для активного центра марганцевого комплекса.

Предложенный в работе подход использовался для многоядерных кластерных активных центров на примере нитрогеназы, ферредоксина и дал возможность сделать следующие выводы.

Механизм действия кластерных активных центров определяется электронной структурой и имеет много общего с моноядерными комплексами. Общее свойство -для многоэлектронных систем важное значение имеет не только электронные состояния ионов в кластере, но и их связи в пределах макромолекулы.

Усложнение электронной структуры активных центров делает невозможным применение расчетных методов. Наиболее эффективным для выяснения механизма действия является метод корреляционных диаграмм, основанный на теории поля лигандов. Его использование дало возможность смоделировать механизм действия активных центров ферредоксина и нитрогеназы, оказавшиеся аналогичными и заключающимися в перераспределении электронов внутри кластера. Сохранение его структуры при этом обеспечивается опять же белковым матриксом. На основе предложенного механизма была разработана схема фиксации азота нитрогеназой.

Экспериментальное исследование биосистем различного уровня, в том числе и нитрогеназы методом триплетных зондов, люминесценции и ЭПР подтвердили предложенную схему и правомерность предположения о стабильности в целом структуры активного центра при изменении зарядового состояния ионов в кластере.

Список литературы диссертационного исследования доктор физико-математических наук Васильева, Людмила Юрьевна, 1998 год

1. Краснов К.С. Молекулы и химическая связь. М.: Высшая школа, 1977.

2. Неорганическая биохимия. / Под ред. Г.Эйхгорна М.: Мир, 1978. Т. 1,2.

3. Методы и достижения бионеорганической химии. / Ред. К.МакОлифор. М.: Мир, 1978.

4. Берсукер И.Б. Электронное сроение и свойства координационных соединений. -Л.: Химия, 1976.

5. Заградник Р., Полак Р. Основы квантовой химии. М.: Мир, 1979.

6. Фларри Р. Квантовая химия. М.: Мир, 1985.

7. Давтян O.K. Квантовая химия. М.: Высшая школа, 1962.

8. Минкин В.И., Симкин Б.Я., Меняев P.M. Теория строения молекул. М.: Высшая школа, 1979.

9. Папулов Ю.Г. Строение молекул. / ТГУ. Тверь, 1995г.

10. Дмитриев И.С. Симметрия в мире молекул. Л.: Химия, 1976.

11. Бальхаузен К. Введение в теорию поля лигандов М.: Мир, 1965.

12. Zavoel. Y., Yoliot P. A connected model of the photosynthetic unit. // Biophys. J.1972-Vol. 12. №7.-P. 815-831.

13. Forbush В., Kok В., McGloin M. Cooperation of charges in photosynthetic 02 evolution- II. Damping of flash yield oscillation deactivation / Photochem. and Photobiol. -1971 -Vol. 14- P. 307-321.

14. Heath R. Hydrarine as an electron donor to the water oxidation site in photosyntesis. // Biochim. Biophys. Acta. -1971 - Vol. 245. № 1. - P. 160 -164.

15. Forbush В., Kok В., McGloin M. Cooperation of charges in photosynthetic 02 evolution- I. Linear four step mechanism. // Photochem. and Photobiol. 1970 - Vol. 11. - P. 457 - 475.

16. Kok В., Radmer R. Kinetic observation of the system. II. Electron Acceptor Pool Isolated by Mercuric Jion. // Biochim. Biophys. Acta. -1974. Vol. 357. - P. 177 -180.

17. Kok B., Velthuys B. Photosyntetic oxygen evolution from hydrogen peroxide. IIs. t

18. Biochim. Biophys. Acta. 1978. - Vol. 502. P. 211 - 221.

19. Thibault P. A New Attempt to Study the Oxygen Evolving System of Transition Process: Determinetion of Transition Probabilities of a State i. IIY. Theor. Biol. -1978. Vol. 73 - № 2. - P. 271 - 284.

20. Lavorel Y., Seibert M. Oxygen evolution Patterns from Spinach Photosystem. // Biochem. Biophys. Acta. -1983. - Vol. 723. - № 2. - P. 160 -168.

21. Dismukes C., Marthis P. A near infrared electronic transition associated with conversion between S-states of the photosyntetic 02-evolving complex. // Feb. Lett.1984.-Vol. 178.-№ 1.-P. 590.

22. Radmer R., Chenige g.m. Photoactivation of the manganese catalyst of 02-evolution.

23. Biochem. Biophys. Acta. 1971 - Vol. 253. P. 167 -181.

24. Delrieu M. Light intensity saturation propetries of 02 yields in a sequence of flashes in Chlorella. II Biochem. Biophys. Acta. -1980 Vol. 592. - P. 478 - 494.

25. Delrieu M. Evidence for Unequel Misses in oxugen Flash Yield Sequence in Photosynthesis. // Z. Naturforsch. -1983. C39 - № 3-4. - P. 247 - 258.

26. Lavorell Y. An alternative to Kok's model for the oxygen-evolving system in photosynthesis. II Febs Lett. -1976 Vol. 66. - P. 164 - 167.

27. Lavorell Y., Limasson C. Anomalies in kinetics of photosynthetic oxygen emission in sequences of flashes. // Biochem. Biophys. Acta. 1976. - Vol. 430. - P. 501 - 516.

28. Yursinic P. Investigation of double turnovers in Photosystem II. Charge separation and oxygen evolution with excitation flashes of different duration. // Biochem. Biophys. Acta. 1981 - Vol. 635. - P. 38 - 52.

29. Dekker J., Ghanotakis F., Plijter Y., Van Gorkom, Babcock G. T. Kinetics of the oxygen evolving complex in salt - washed Photosystem II preparations. // Biochem.

30. Biophys. Acta. -1984. Vol. 767. - P. 515 - 523.

31. Pinter Y., de Groot, van Gorkom. Destabilization high pH of the S1 state of theoxygen evolving complex in photosystem II particles. II Febs Lett. - 1986 - Vol. 195. -P. 313-318.

32. Beckwith А.С., Jursinic P. A. An alternative mathematical approach to the analysis of photosyntethic oxygen evolution. // Y. Teor. Biol'. 1982. - Vol. 97. - P. 251 - 265.

33. Sauer K., Boska M. Kinetics of EPR Signal llvf in Chloroplast Photosystem II. // Biochem. Biophys. Acta. 1984 - Vol. 765. - P. 84 - 87.

34. Zeinalov V., Litvin F. Oxygen Evolution after Switchin off the high and Si State Desativation in Photosynthesizing System. // Photosynthetica. -1979. - Vol. 13 - № 2. -P. 119-123.

35. Zeynalov V. On the nature of the induction phenomena at oxygen evolution in intact cells of green algae. //Докл. Болг. АН. -1977 Т. 30. - № 8 - С. 1201 - 1204.

36. Chenide G., Martin J. Site of manganese function in photosythesis. // Y. Biochem. Biophys. Acta. -1968 Vol. 153. - P. 819.

37. Chenide G., Martin J. Sites of function of manganese within photosystem II. Roles in 02 evolution and system II. // Biochem. Biophys. Acta. 1970 - Vol. 197. - P. 219239.

38. Volker M., Ono Т., Inoue Y., Render G. Effect trypsin on PS II particles, locrelation between Hill-activity Mn-abundance and peptide pattern. // Biochem. Biophys. Acta. -1985 Vol. 806. - P. 25 - 34.

39. Renger G. The Watersplitting System of Photosythesis. I.A. Postulated Model. // Z. Naturforsch. -1970 Vol. 25. - № 9. - P. 966 - 971.

40. Renger G. Studies on the mechanism of destabilixation of the Positiv charges trapped in the photosynthetic water-splitting enzyme system Y by a deactivation accelerating, agent // Biochem Biophus Acta - 1973 - V.314. P.390-402

41. Renger G. A model for the molecular mechanism of photosynthetic oxygen evolution. II Febs Lett. -1977 Vol. 81 - N 2 - P. 223 - 228.

42. Renger G., Weiss W. Studies of the nature of the water oxidizing enzyme. II Biochem. Biophys. Acta. - 1972. - Vol. 252 - N 2. - P. 428 - 439.

43. Renger G., Hansumm B. Studies on the interaction on between hydroxylamin and hydrazine as substrate analogues and the water oxidizing enzyme system in isolatedspinach chroloplasts. // Biochem. Biophys. Acta. 1985. - Vol. 805 (B74) - N 2. - P. 225-234.

44. Кутюрин В. M. О механизме разложения воды в процессе фотосинтеза. // Изв. АН СССР. 1970 - № 4 - С. 569 - 580.

45. Кутюрин В.М., Улубекова М.В. Об особом механизме разложения воды и переходе фоторедукции водорослей в фотосинтезе в длинноволновой области спектра. // ДАН СССР. 1971 - Т. 201 - № 20 - С. ,480 - 482.

46. Григорович В.И., Захарова Н.И., Кутюрин В.М., Анисимова И.Н., Сафонова М.П. Марганец в пигмент белковых комплексах хлоропласта. // ДАН СССР. - 1972 -Т.205 - № 4. - С 972 - 975.

47. Кутюрин В.М. Вода источник кислорода при фотосинтезе. // Биохимия. - 1972 -С. 24-31.

48. Кутюрин В.М., Анисимова И.Н., Захарова Н.И., Улубекова М.В. Действие дефецита марганца на выделение кислорода и состав пигмент белковых комплексов из хлоропластов. // Физиология растений. - 1976 - Т 23. - № 5 - С. 932 -937.

49. Гольдфельд М.Г. Механизмы электронного транспорта в фотосентетических мембранах высших растений. / Автореферат диссертации на соискание уч. ст. доктора хим. н. М. -1979.

50. Гольдфельд М.Г., Хайлова И.И., Ванин А.Ф. Замена лиганда в марганцевом комп-лексе, содержащемся в листьях некоторых высших растений, по данным спектроскопии. // Биофизика. -1979 Т. 24 - № 3 - С. 550 - 551.

51. Гольдфельд М.Г., Блюменфельд Л.А., Дмитровский Л.Г., Микоян В.Д. Роль пластохинона в реакциях фотосистемы II. И Молекулярная биология. 1980 - Т. 14.-С. 804-813.

52. Goldfeld V., Blumenfeld L. Light Dependent Paramagnetic Centres in the Photosynthesis of Higher Plants. // Bulleten of Magnetic Resonance. -1981 - T 1 - N 2. - P. 66-112.

53. Гольдфельд М.Г. Парамагнитные центры электрон транспортной цепи фотосинтеза высших растений. // Биофизика. - 1982. - Т. 27. - № 6 - С. 954 - 965.

54. Климов В.В., Аллахвердиев С.И., Шувалов В.А., Красновский A.M. Действие обратимой экстракции марганца на световые реакции препаратов фотосистемы II.//Докл. АН СССР 1982 - Т. 263-№ 4. - С. 1001 - 1005.

55. Васильева Л.Ю., Чернавская Н.М., Напалкова О.В. Роль марганца в работе фотосистемы II. // Свойства веществ и строение молекул : Сб. научн. ст. / КГУ -Калинин, 1982. С. 62 - 68.

56. Васильева Л.Ю., Папулов Ю.Г., Чернавская Н.М. Взаимосвязь между структурой и функцией белково марганцевого комплекса в процессе выделения кислорода при фотосинтезе. // Свойства веществ и строение молекул : Сб. научн. ст. / КГУ -Калинин, 1984.-С. 84.

57. Чернавская Н.М., Чернавский Д.С., Гричоров Л.Н. О возможной роли туннельного эффекта в транспорте электронов в фотосинтезе. // Труды МОПИ. 1973 - Т. 49.- С. 41 46.

58. Чернавская Н.М., Чернавский Д.С. Туннельный транспорт электронов в фотосинтезе. М.: Изд - во МГУ. 1977.

59. Kusunoki М., Kitaura К., Morokuma К., Nagata С. Molecular orbital study of photo-synthetic water decomposition. // Febs. Lett. -1980 T. 117. - P. 179 - 182.

60. Salcido J., Ellis B. Manganese labelle pool and plant uptake. // Join. Se. - 1979 - Vol. 127.-N 4.-P. 227-234.

61. Critchley Ch., Andersson В., Ryru J., Andersson M. Studies on oxygen evolution of inside out - thyeakoid vesicles from Margrones : chloride requerement pH dependence and polipeptide composition. // Biochem. Biophys. Acta. - 1984 - Vol. 767- P. 532 539.

62. Amesz Y. A role of mangenese in photosynthetic oxygen evolution in photosynthesis. II Account. Chem. Research. -1980 T. 13. - P. 250 - 256.

63. Govindjee, Kambara Т., Coleman W. The electron donor side of photosystem II. Thev.oxygen evolution complex. II Photochem. Photobiol. 1985 - Vol. 42 - N 2 - P. 187 -210.

64. Govindjee, Kambara T. Molecular mechanism of water oxidation in photosythesis based on the functioning of manganese in different enviroments. II Proc. Natl. Acad Sei. USA. -1985 - Vol. 82. - P. 6119 - 6123.

65. Шевченко Ю.Н., Парай Кошиц M.A. О возможном электронном строении комплексов 3d - переходных металлов, обратимо связывающих молекулярный кислород. II ДАН СССР. - 1987 - Vol. 292 - N 6 - Р. 1400 - 1405.

66. Стрейтвизер Э. Теория молекулярных орбит для химиков органиков. - М.: Мир, 1965.

67. Пюльман Б. П., Пюльман А. Квантовая биохимия. М.: Мир, 1965.

68. Карапетьянц М. X., Дракин С. И. Строение вещества. М.: Высшая школа, 1978.

69. Хмара Л. А., Федоренко Ю. П. Роль марганца в выделении 02 и белковом составе фотосинтетических мембран. // ДАН СССР 1982 - Т. 266 - № - Р. 488 - 491.

70. Сапожников Д. О., Попова О. Ф., Попова И. А., Маслова Т. Г. Влияние предварительного прогрева листьев на реакции виолаксантинового цикла, индуцируемые красным светом. // Физиология растений. 1979 - Т. 26 - № 2. - С. 239 -243.

71. Сапожников Д.О. Об участии ксантофиллов в выделении кислорода в фотосинтезе. / Биохимия и биофизика фотосинтеза. М.: Наука. - 1965. - С. 190 - 207.

72. Yamomoto Y., Schimada S., Nishimura M. Purification and molecular propetries of 3 polypeptides relecesed from a highly active 02 evolving photosystem II preparationby Tris treatment. // Febs. Lett. - 1983 - Vol. 151 - N 1 - P. 49 - 53.

73. Hager A. Lichtbedingte pH-erniedrigung in ienem Chloroplast Compartment als Imvandlung. II Beziehungen zur Photophosphorylillung. Planta (Berl.) - 1969. - T. 89 -S. 224 - 243.

74. Васильева В. Е., Пиневич В. В. Каратиноиды синезелёных водорослей. Значение для понимания эволюции и механизма фотосинтеза. II Вестник Ленингр. ун-та. -1972-№21 С. 105-122.

75. Дашевский В. Г. Конформационный анализ органических молекул. М.: Химия, 1982.

76. Scheraga Н.А. Calculation of conformations of polypeptides. II Adv. Phys. Org. Chem. -1968-Vol. 6-P. 103-181.

77. Илиэл Э., Аллинжер H., Энжиал С., Моррисон Г. Конформационный анализ. М.: Мир, 1969.

78. Ramachandran G. N., Sasisckharan A. Conformation of polypeptides and proteins. II Adv. Protein Chem. 1968 - Vol. 23. - P. 283.

79. Полозов P. В. Метод полуэмпирического силового поля в конформационном анализе биополимеров. М.: Наука, 1981.

80. Гордон А., Форд Р. Спутник химика. М.: Мир, 1976 - С. 541, 135 -138.

81. Папулов Ю. Г. Статистическая стереохимия и конформационный анализ. / КГУ -Калинин, 1978-С. 49.

82. Филлипович Ю. Б. Основы биохимии. М.: Высшая школа, 1969. - С. 49.

83. Баранов А. П. Исследование конформаций фосфороорганических лигандов и пространственной структуры комплексов с помощью атом атомных потенциа-ловых функций. / Диссертация на соиск. уч. ст. канд. хим. н. - М. 1979.

84. Папулов Ю. Г., Халатур П. Г. Конформационные расчёты. / КГУ Калинин, 1980 -С. 17.

85. Гольфранд И. М., Вул Е. В., Гинзбург С. С., Федоров Ю. Г. Метод оврагов в задачах рентгеноструктурного анализа. М.: Наука, 1966.

86. Розенброк X., Сторн С. Вычислительные методы для инженеров химиков. - М.: Мир, 1968.

87. Лихтенштейн Г. И. Многоядерные окислительно восстановительные металло-ферменты. - М.: Наука, 1979.

88. Мецлер Д. Биохимия. М.: Мир, 1980. - Т. 2, 3.

89. Рубин Б. А., Гавриленко В. Ф. Биохимия и физиология фотосинтеза. М.: Из-во МГУ, 1977.

90. Шилов А. Е. Химические модели металлоферментов. / Сб. Окислительно -восстановительные металлоферменты и их модели. Ч. II Черноголовка, 1982. -С. 3-19.

91. Лихтенштейн Г. И. Кинетические особенности ферментативного окислительно -восстановительного многоядерного катализа. / Сб. Окислительно восстановительные металлоферменты и их модели. - Ч. I. Черноголовка, 1982. - С. 7 - 18.

92. Местаков А. Ф. Особенности электронной структуры кластеров с атомами переходных металлов, существенные для понимания их свойств и каталитической активности. Там же Ч. II. С. 19 - 34.

93. Кухтин В. В., Петров И. П., Украинский И. И. Кооперативность многоядерных ферментов в рамках электронной модели. Там же Ч. II. С. 34 - 44.

94. Костикова Г. П., Костиков Ю. П., Корольков Д. Э. Новая концепция в теории химической связи. Роль основных и валентных АО в образовании химической связи. II ДАН СССР -1986 Т. 287 - № 3. - С. 671 - 675.

95. Костикова Г. П., Корольков Д. В. Электронная структура кластерных комплексов переходных металлов с лигандами слабого и сильного поля. // Успехи химии. -1985-№6-С. 591 -636.

96. Джабаев Т. С., Шилов А. В. Фотосинтез и его химические модели. // Ис. Всесоюзного хим. об-ва им. Д. И. Менделеева 1980 - Т 25. - № 5 - С. 503 - 514.

97. Dismukes G., Nair В. Models for the Photosynthetlc Water-Oxidizing Enzyme. A Binuclear Manganese (III) p - Cyclodextrin Complex. IIY. Amer.Chem. Soc. - 1983 -Vol. 105-P. 124-135.

98. Matsushita Т., Fujiwara, Shono F. Reaction of Dichloromanganese (IV) Shiff Base Complexes With Water as Model for Water Oxidation in Photosystem II. II Chem. Lett. -1981 P. 631 -634.

99. Lazar G. Light induceed valance change of a manganese - containing chlorophyll -derivative. // Z. Naturforsch. -1980 - Vol. 35e. - P. 470 - 476.

100. Siderer Y., Malkin S., Poupko R., Lus Z. Electron Spin Resonance and Photoreaction of Mn (II) in Lettice Chloroplasts. //Achives of Biochimestry and Biophysics. 1977 -Vol. 179-P. 174-182.

101. Sauer K. A Role of Manganese in Oxygen Evolution in Photosythesis. // Account. Chem. Res. -1980 Vol. 13. - P. 250 - 256.

102. Stemler A. Inhibition of photosystem II by formate. // Biochem. Biophys. Acta. 1980 -Vol. 593-P. 103-112.

103. Kambara T., Govingee. Molecular mechanism of water oxidation in photosythesis basen on the functioning of manganese in two different enviroment. // Proc. Nat.

104. Acad. Sci. USA -1985-Vol. 82-№ 18 P. 6119 - 6123.

105. Rasner R., Ollinger. Topography of the 02 evolving site determined with wateranalogs. II Febb. Lett. -1983 Vol. 152 - № 1 - P. 39 - 43.

106. Renger G., Escert H. Studies on the Functional Organization of Photosystem II. // Biochem. Biophys. Acta. 1987 - Vol. 638. - P. 161 -171.

107. Daniel A., Abramowich D., Dismukes G. Manganese Proteins Isolated From Spinach Thylakoid Membrances and Their Role in 02 Evolution. II Biochem. Biophys. Acta.1984 Vol. 765 (B67) - № 3 - P. 309 - 328.

108. Ljungberg U., Akerlund H., Larsson Ch., Andersson L. Identification of Polepeptides Associated with the 23 and 33 kDa Proteins of Photosynthetic Oxygen Evolution. // Biochem. Biophys. Acta. 1984 - Vol. 767 (B69) - № 1 - P. 145 - 152.

109. Marder B., Golontinoff B., Edelman M. Molecular Architecture of the Rapidly Metalo-lized 32 kDa Protein of Photosystem II. IIY. Biol. Chem. 1984 - Vol. 259 - № 6 - P. 3900 - 3908.

110. Miqao M., Murata N. Partical Reconstitution of the Photosynthetic Oxygen Evolution System by Rebinding of the 33 kDa Polypeptide. II Febs. Lett. - 1983 - Vol. 164 - № 2 - P. 255 - 260, 375 - 378.

111. Taka aki O., Yorindo Y. Mn - preserving Extraction of 33 - 34 - and 16 kDa Proteins from 02 - evolving II particles by Salt - Washing. // Febs. Lett. - 1983 - Vol. 164. - № 21 - P. 255 - 260.

112. Така aki О., Yorindo Y. Reconstruction of Photosynthetic Oxygen Evolving Activity by Rebinding of 33 - kDa Protein to Ball - extracted PS II Particles. II Febs. Lett. -1984 - Vol. 166 - № 2 - P. 381 - 384,

113. Taka aki O., Yorindo Y. S - state turnover in the 02 - evolving system of Call2washed Photosystem II particles Depleted of Three Peripheral Proteins as Measure by Thermoluminescence Removal of 33 kDa Protein Inhibits S3 -» S4 Transition. //

114. Govingee, Kambara Т., Coleman W. The Election Donor Side of Photosystem II: The Oxygen Evolving Complex II Photochem and Photobiol. 1985 - Vol. 42 - N 2 - P. 187-210.

115. Radmer R., Chinide G. Photoactivation of the Manganese Catalyst of 02 Evolution II.

116. A two quntum mechanism. II Biochem. Biophys. Acta. 1971 - Vol. 253 - P. 182 -186.

117. Sauer Y., Biankenship R. S. Manganese in Photosynthetic Oxygen Evolution. I Electron Paramagnetic Resonance Study of the Enviroment of Manganese in tris -washed Chroloplasts. // Biochem. Biophys. Acta. -1974 Vol. 357. - P. 254 - 266.

118. Аплахвердиев С. И., Клеваник А. В., Климов В. В., Шувалов В. А., Красновский А. А. Определение числа атомов марганца, функционирующих в донорной части фотосистемы II. II Биофизика. 1983 - Т. 28 - № 1 - С. 5 - 8.

119. Izawa S., Muallen A. Inactivation of the 02 evolving mechanism by exogenous Mn2+in CI- depleted Chloroplasts. // Febs. Lett. -1980 - Vol. 115 - N 1 - P. 49 - 53.

120. Critchley C. The Role of Chloride in Photosystem II. // Biochem. Biophys. Acta. -1985-Vol. 811 (B13)-N 1-P. 33-46.

121. Sundusky P., Yocum C. The mechanism of amino inhibition of the photosynthetic oxygen evolution complex II Febs. Lett. 1983 - Vol. 162 - N 2 - P. 339 - 343.

122. Sundusky P., Yocum Ch., The Chloride Requirement for Photosynthetic Oxygen Evolution. II Biochem Biophys. Acta. -1984-Vol. 162-N2-P. 339-343.

123. Yocum Ch., Ghonotakis D., Topper 1. Structural Organization of the Oxidizing Side of Photosystem II. //Biochem. Biophys. Acta. -1984 -Vol. 767 P. 524 - 531.

124. Котельников А. И. Метод триплетных меток в исследовании биологических систем. / Диссертация на соискание уч. ст. доктора физико-матем. наук. Черноголовка, 1991.

125. Закарая М.Г., Майсурадзе Г.Г. Спектроскопия резонансного конбинационного рассеяния света каротиноидами в растворах. // Биофизика 1990 -Т. 35, вып. 6. - с. 906.

126. Trautman Y.K., Shreve А.P., Owens T.G. Temtosecond dynamics of carotenoid to Chlorophyll Energy Transfer in the Thylakoid membrene Preperations. // Chamical Physics Letters. -1990 -Vol. 166 -N 4- P. 369- 374.

127. Mei R., Green J.P., Sayre R.T. Manganese-Binding Proteins of the Oxygen-Evolving Complex. // Biochemistry-1989-Vol. 28 МЙ13 - P. 5560-5567.

128. Vermaas Wim, Charite J., Shen G. Glu-69 of the D2 Protein in Photosystem Is a Potential Ligand to Mn Involved in Photosynthetic Oxygen Evolution // American Chemical Society.-1990-Vol. 29.-P.5325-5332.

129. Tamura Noriaki , Inoue Hiroshi, Inoue Yorinao. Inactivation of the Water-Oxidizing Complex by Exogenous Reductants in PS II Membranes Depleted Of Extrinsic Proteins.// Plant Cell Physiol.-1990-Vol. 31.- P. 469-477.

130. DurrantJ.R., Giorgi L.B., Barber J., Klug D. Characterisation of Triplet States in isolated Photosystem II Reaction Centres; Oxygen quenching as a Mechanism for Photodamage.// Biochemica et Biophysica Acta.-1990-Vol. 1017. P. 167-175.

131. Sandelius A., Dahlin C. Lipid Compositions of Thylakoids with Different Contents of Carotenoids and Apoproteins of the Light Harvesting Complex of-AZ

132. Photosystem II // J. Plant Physiol. -1990 Vol. 136 - P. 550-555.

133. Hashimoto Hideki, Koyama Yasushi The 21 Ag state of a Carotenoid Bound to Spinach Chloroplast as Reveald by Picosecond transient Raman Spectroscopy. // Biochimica et Biophysica Acta-1990-Vol. 1017-P. 181-186.

134. Bilger Wolfgang, Bjorkman 0. Temperature Dependence of Violaxanthin De-epoxidation and Non-photochemical Fluorescence Quenching in Intact leaves of Gossypium Hirsutum L. and Malva Parviflora L. // Planta -1991 Vol. 184 - P. 226-234.

135. Noguchi Takumi, Hayashi H., Tasumi M. Factor controlling the efficiency of energy transfer from carotenoids to bacteriochlorophyll in purple photosynthetic bacteria //Biochimica et Biophysica Acta -1990-Vol. 1017-P. 280-290.

136. Li Yi, Walton D. Violaxanthin Is an Abscisic Acid Precursor in Water-Stressed Dark-Grown Bean Leaves. //Plant Physiol. -1990 Vol. 92 - P. 551-559.

137. Truscott T.G. The Photophysics and Photochemistry of The Carotenoids. // Journal of Photochemistry and Photobiology. -1990 Vol. 6-P. 359-371.

138. Koyama Y. Structures and functions of carotenoids in photosynthetic system. // J. Photochem. Photobiol. -1991 Vol. 9 - P. 265-280.

139. Demming-Adams B. Carotenoids and photoprotection in plants; A role for the xanthophylle zeaxanthin. // Biochimica et Biophysica Acta -1990 Vol. 1020 - P. 1-24.

140. Семин Б.К. Функционально-активные ионы кальция и марганца в фотосистеме II / Диссертация в форме научного доклада на соискание ученой степени доктора биологических наук Москва, 1996.

141. Рубин А.Б., Шинкарев В.П. Транспорт электронов в биологических системах. М.: Наука. 1984 .

142. Ризниченко Г.Ю., Воробьева Т.М„ Рубин А.Б. Кинетические и физические параметры переноса электрона в фотосистеме 1 // Молекулярная биология. -1993. -Т. 27., вып 4. -С. 1230 -1243 .

143. Кукушкин А.К., Тихонов А.Н. Лекции по биофизике фотосинтеза растений. -М.: МГУ. 1988. v.

144. Shilov А .Е. Intermediate complexes in chemical and biological nitrogen bixation. // Pure Appl. Chem. 1992. -Vol. 64. N 10.-P. 1409 -1420.

145. Шутова Г.В., Опанасенко В.К., Климов В.В. Влияние ионов марганца на протон-акцепторные свойства субхлоропластных препаратов фотосистемы 2. // Биохимия. -1994. Т. 59, вып. 7. - С. 983.

146. Шутилова H.H., Климов В.В., Антропова Т.М., Шнирев В.Л. О механизме термоинактивации кислородвыделяющего комплекса функционального ядра фотосистемы 2 хлоропластов. // Биохимия. -1992. Т. 57., вып. 10. - С. 1508 -1517.

147. Erhard Pfündel, Wolfgang Bilder Regulation and Possible Function of the Violaxantin Cycle. // Pfotosynthesis Research -1994 Vol. 42 - P. 89-109.

148. Harry A. Frank, Richard J. Cogdell. Carotenoids in Photosynthesis. // Photochemestry and Photobiology. -1996 Vol. 63(3) - P. 257-264.

149. Климов B.B. Окисление воды и выделение молекулярного кислорода при фотосинтезе. // Соросовский образовательный журнал. 1996 - №11 - С. 9-19.

150. Richard J. Debus. The Manganese and Calcium Ions of Photosynthetic Oxygen Evolution. // Biochimica et Biophysica Acta. -1992 Vol. 1002 - P. 269-352.1. Jbt^