Анотація до роботи:

Золотарьова О.К. Протонна регуляція процесів трансформації енергії
в тилакоїдних мембранах. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора біологічних наук за спеціальністю 03.00.04 – Біохімія. – Харківській національній університет імені
В.Н. Каразіна, Харків, 2008.

Робота присвячена вивченню протонного спряження фотосинтетичного електронного транспорту і фотофосфорилування. Участь компонентів тилакоїдних мембран у світлозалежному зв’язуванні і перенесенні протонів визначалася за розподілом тритієвої мітки. Показано, що АДФ і фосфат викликають конформаційні зміни каталітичної частини АТФсинтази в темряві, а світлозалежне включення тритієвої мітки у фактор CF₁ відбувається двома функціонально різними шляхами – тим, що веде до фосфорилування, і тим, що не веде до нього. Освітлення викликає зв’язування тритію також з білками світлозбирального комплексу ФСІІ, яке блокується інгібітором протонних каналів ДЦКД.

Показано, що зростання трансмембранного рН індукує альтернативний шлях перенесення електронів у ФСІІ безпосередньо на екзогенній акцептор. Проаналізована термодинамічна ефективність фотосинтетичного перетворення енергії.

Отримані докази, що мембранозв’язаний бікарбонат є компонентом буферної системи тилакоїдів, бере участь у процесах трансформації енергії, і його вміст у мембрані контролюється активністю карбоангідрази. Запропонована нова схема спряженості процесів електронного транспорту і фотофосфорилування, яка включає етап переносу протонів від помп, що генерують Н⁺, до АТФсинтази за участю мембранозв’язаного бікарбонату.

1. Запропоновано механізм сполучення електронного транспорту і фотофосфорилування за участю мембранозв’язаного бікарбонату, роль якого полягає в забезпеченні перенесення протонів від мембранних протонних помп до АТФсинтази.

2. Доведено, що для вивчення шляхів перенесення протонів по інтегральним мембранним комплексам тилакоїдної мембрани може бути використаний метод протон-тритієвого обміну, за допомогою якого вдалося показати, що а) за умов фотофосфорилування перенесення тритію з мембранного пулу в АТФсинтазу не включає стадії виходу радіоактивної мітки у водну фазу; б) світлозбиральний комплекс ФСІІ бере участь у захопленні й перенесенні протонів.

3. У залежності від функціонального стану хлоропластів перенесення протонів відбувається двома різними шляхами – фосфорилуючим і нефосфорилуючим, що пов’язано з конформаційним переходом в АТФсинтазі, який відбувається внаслідок зв’язування субстратів фотофосфорилування.

4. Протонна буферна ємність тилакоїдних мембран хлоропластів у фізіологічному діапазоні рН забезпечена головним чином за рахунок мембранозв’язаного бікарбонату, фонд якого підтримується за участю карбоангідрази тилакоїдів.

5. Величина світлоіндукованого поглинання протонів хлоропластами визначається кількістю мембранозв’язаного бікарбонату й активністю карбоангідрази. Від активності карбоангідрази і заповненості пулу зв’язаного бікарбонату залежить швидкість фотофосфорилування в хлоропластах.

6. Рівень рН контролює внесок фотосистем І і ІІ у перенесення електронів до екзогенного акцептора (кисню або фередоксину). При підвищенні рН відкривається альтернативний шлях перенесення електронів безпосередньо на зовнішній акцептор, оскільки лінійний транспорт електронів між фотосистемами блокований через повне відновлення пластохінону.

7. На підставі аналізу швидкостей роз’єднаного транспорту електронів і перенесення електронів у стані фотосинтетичного контролю зроблено оцінку термодинамічної ефективності фотосинтетичного перетворення енергії за різних умов формування фотосинтетичного апарату рослин.

8. Визначені умови специфічної модифікації протонного каналу АТФсинтази хлоропластів гідрофобним конденсуючим агентом – N,N'- дициклогексилкарбодіімідом (ДЦКД). Показано, що ДЦКД каталізує алкілування функціональних груп компонентів електронтранспортного ланцюга у присутності спиртів і через це інгібує процеси роз’єднаного електронного транспорту в хлоропластах.

Публікації автора:

1. Опанасенко В.К., Золотарёва Е.К., Макаров А.Д. Протонная ёмкость сопрягающих мембран хлоропластов в связи с процессами энерготрансформации // Физиол. раст. – 1983. – Т. 30, № 1. – С. 14-22. (Особистий внесок здобувача – виконання біохімічної частини роботи, виготовлення препаратів, визначення залежності швидкості електронного транспорту від рН).

2. Сухоруков Б.И., Монтрель М.М., Опанасенко В.К., Золотарёва Е.К. Изучение взаимодействия ДНК с протонами среды методом буферной ёмкости // Молекулярная биология. – 1983. – Т. 17, № 5. – С. 1009-1018. (Особистий внесок здобувача – отримання кривих титрування та буферної ємності, аналіз впливу умов титрування на буферний спектр поліамфолітів).

3. Музафаров E.Н., Золотарёва Е.К., Назарова Г.Н. и др. Эффект (-) эпигаллокатехингаллатов в фотохимических реакциях хлоропластов // Физиол. биохим. культ. раст. – 1984. – Т. 16, № 5. – С. 476-482. (Особистий внесок здобувача – отримання кривих титрування поліфенолів та визначення їх протолітичних властивостей, написання статті).

4. Золотарёва Е.К., Опанасенко В.К. Сравнительное исследование протонирования полифенольных соединений с систематической вариацией структуры // В кн. “Свойства флавоноидов и их функции в метаболизме растительной клетки”. – Пущино, 1986. – С. 22-38. (Особистий внесок здобувача – визначення кислотно-основних властивостей багатьох представників рослинних фенолів, систематизація даних по впливу хімічної структури поліфенолів на їх протолітичні характеристики, написання статті).

5. Опанасенко В.К., Казанцев А.П., Золотарева Е.К. Автоматизированная установка для определения буферной емкости // Приборы и лабораторное оборудование для научных исследований по новым направлениям биологии и биотехнологии. – Пущино, 1986. – С. 62-66. (Особистий внесок здобувача – розробка установки для потенціометричного титрування, визначення буферної ємності різних біологічно-активних речовин та аналіз впливу конформаційних перебудов їх структури на протолітичні характеристики).

6. Muzafarov E.N., Ivanov B.N., Mal’yan A.N., Zolotareva E.K. Dependence of flavonol function on their chemical structure in chloroplast energy reactions // Biochem. Physiol. Pflanz. – 1986. – Vol. 181, № 3. – P. 381-390. (Здобувачем особисто отримані криві титрування деяких рослинних фенолів та проаналізовано зв’язок між кислотно-лужними характеристиками фенолів та їх біологічною дією).

7. Zolotareva E.K., Opanasenko V.K., Zakharov S.D., Kuz’mina V.P. Correlation between energy-dependent tritium incorporation into CF₁ and light-induced protonation of thylakoid membranes // FEBS Lett. – 1986. – Vol. 197, № 1-2. –
   P. 125-128. (Здобувачем особисто проведено введення тритієвої мітки в поліпептиди фактору спряження хлоропластів, виділений, очищений і охарактеризований препарат міченого CF₁, визначений рівень зв’язаної радіоактивності, отримані і проаналізовані дані по впливу інгібіторів на криві титрування хлоропластів, написана стаття).

8. Гаспарян М.Э., Золотарева Е.К., Ягужинский Л.С. Исследование тритий- протонного обмена в тилакоидных мембранах // Биологич. мембраны. – 1989. – Т. 6, № 8. – С. 814-818. (Особистий внесок здобувача – формулювання ідеї, яка покладена в основу роботи, опрацювання робочої схеми експерименту, проведення дослідів, написання статті).

9. Золотарева Е.К., Гаспарян М.Э., Ягужинский Л.С. Перенос мембранносвязанного трития в хлоропластах в условиях фотофосфорилирования // Биологич. мембраны. – 1989. – Т. 6, № 8. –
   С. 819-825. (Особистий внесок здобувача – формулювання ідеї, яка покладена в основу статті, опрацювання робочої схеми експерименту, підготовка зразків для аналізу, аналіз результатів та написання статті).

10. Музафаров E.Н., Золотарёва Е.К., Назарова Г.Н., Байрамов Х.Б. Разобщающий эффект оксикоричных кислот в хлоропластах гороха // Физиол. раст. – 1989. – Т. 36, № 6. – С. 1060-1065. (Особистий внесок здобувача – особисто отримала всі наведені в статті експериментальні дані щодо протолітичних характеристик флавоноїдів, брала участь в аналізі даних та написанні статті).

11. Muzafarov E.N., Zolotareva E.K. Uncoupling effect of hydroxycinnamic acid derivatives on pea chloroplasts // Biochem. Physiol. Pflanz. – 1989. – Vol. 184,
    № 5-6. – P. 363-369. (Особистий внесок здобувача – виконання експериментальних робіт, участь в аналізі результатів, формулюванні висновків та написанні статті).

12. Zolotareva E.K., Gasparjan M.E., Yaguzhinsky L.S. Transfer of tightly-bound tritium from the chloroplast membranes to CF₁ is activated by photophosphorylation process // FEBS Lett. – 1990. – Vol. 272, № 2. –
    P. 184-186. (Дисертанту належить ідея, покладена в основу статті, опрацювання робочої схеми експерименту, виконання експериментальних робіт, аналіз результатів та написання статті).

13. Золотарёва Е.К. Влияние субстратов и продукта фотофосфорилирования на скорость переноса электронов в ДЦКД-обработанных хлоропластах // Доп. НАН України. – 1994. – № 6. – C. 154-157.

14. Золотарьова О.К. Зв’язування тритiю фотосинтетичними мембранами вищих рослин // Укр. бот. журн. – 1994. – Т. 51, № 6. – С. 98-102.

15. Золотарёва Е.К. Роль фотопоглощения кислорода в энергетическом обмене синезелёных водорослей // В кн. “Ботаника и микология на пути в третье тысячелетие, Международный сб. научных работ”. – К., 1996. – С. 238-244.

16. Золотарёва Е.К., Подорванов В.В. Структура и функции АТФсинтазы синезеленых водорослей // Альгология. – 1997. – Т. 7, № 3. – С. 317-329. (Особистий внесок здобувача – зібрано дані щодо АТФсинтази синьозелених водоростей та написано статтю).

17. Золотарёва Е.К., Терещенко А.Ф., Довбыш Е.Ф., Онойко Е.Б. Влияние спиртов на ингибирование N,N'-дициклогексилкарбодиимидом фотофосфорилирования и электронного транспорта в хлоропластах гороха // Биохимия. – 1997. – Т. 62, № 6. – С. 738-743. (Здобувачем особисто сформульовано завдання роботи, напрацьований план досліджень, проведено досліди і написано статтю).

18. Zolotareva E.K., Dovbysh E.F., Tereshchenko A.F., Onoiko E.B. Synergetic inhibition of photophosphorylation and uncoupled electron transport by N,N'-dicyclohexylcarbodiimide and alcohols in pea chloroplasts // FEBS Lett. – 1997. – Vol. 412, № 2. – P. 375-378. (Здобувачем особисто сформульовано план та завдання досліджень, проведено досліди і написано статтю).

19. Zolotareva E.K., Onoiko E.B., Podorvanov V.V. Effects of adenine nucleotides on the accessibility of the acceptor site of Рhotosystem II // In: Photosynthesis: mechanisms and effects. – G. Garab (ed.). – London: Kluwer Acad. Publ., 1998. – Vol. III. – P. 1747-1750. (Особистий внесок здобувача – розроблений план і сформульована мета дослідження, виконані експерименти, написана стаття).

20. Золотарева Е.К., Подорванов В.В., Терещенко А.Ф. и др. Энергозависимое включение трития в белки светособирающего комплекса хлоропластов ССКІІ // Доп. НАН України. – 1999. – № 11. – С. 152-156. (Особистий внесок здобувача – запропонована ідея дослідження, виконана частина експериментів, оброблені дані, написана стаття).

21. Zolotareva E.K., Onoiko E.B., Podorvanov V.V. Sytnik S.K The effect of microgravity on proton permeability of thylakoid membranes and contribution of
    II and I photosystems in photosynthetic electron transport in pea chloroplasts //
    J. Gravitat. Physiol. – 1999. – Vol. 6, № 1. – P. 147-148. (Дисертанту належать ідея дослідження, створення схеми експерименту, обробка результатів та формулювання висновків роботи).

22. Золотарева Е.К., Довбыш Е.Ф., Онойко Е.Б. Сравнительное исследование ингибирования N,N'-дициклогексилкарбодиимидом фотофосфорилирования и светоактивируемого гидролиза АТР в хлоропластах гороха // Укр. біохім. журн. – 2001. – Т. 73, № 5. – С.61-68. (Особистий внесок здобувача – запропонована ідея дослідження, виконана частина експериментів, оброблені дані, написана стаття).

23. Золотарьова О.К., Онойко О.Б., Подорванов В.В. Механiзми регуляцiї вкладу фотосистем II та I у транспорт електронiв в тилакоїдних мембранах хлоропластiв // Фізіологія рослин в Україні на межі тисячоліть. – К.: Видавництво Українського фітосоціологічного центру, 2001. – Т. 1. –
    С. 87-93. (Особистий внесок здобувача – проаналізовані власні і літературні дані, зроблені висновки, написана стаття).

24. Mikhaylenko N.F., Sytnik S.K., Zolotareva E.K. Effects of slow clinorotation on lipid contents and proton permeability of thylakoid membranes of pea chloroplasts // Adv. Space Res. – 2001. – Vol. 27, № 5. – P. 1007-1010. (Особистий внесок здобувача – виконано дослідження протонної проникності тилакоїдів, написана стаття).

25. Tereshchenko A.F., Podorvanov V.V., Zolotareva E.K. Active transport of inorganic carbon into cells of blue-green algae (Cyanophyta) // Int. J. Algae. – 2002. – Vol. 4, № 4. – P. 29-40. (Особистий внесок здобувача – запропонована ідея дослідження, оброблені дані, написана стаття).

26. Онойко О.Б., Золотарева Е.К. Участие АТФ-синтазы в регуляции распределения световой энергии между ФС II и ФС I // Физиол. биохим. культ. раст. – 2003. – Т. 35, № 5. – C. 416-421. (Здобувачем особисто сформульовано план та завдання досліджень, проведено досліди і написано статтю).

27. Онойко Е.Б., Золотарева Е.К. Участие пальмитиновой кислоты в регуляции процессов энерготрансформации в хлоропластах // Материалы международной научно-практической конференции “Приемы повышения урожайности растений: от продуктивности фотосинтеза к современным биотехнологиям”. – К.: НАУ, 2003. – С. 12-16. (Здобувачем особисто сформульовано план та завдання досліджень, проведено досліди і написано статтю).

28. Онойко Е.Б., Подорванов В.В., Золотарева Е.К. Роль трансмембранного протонного градиента в регуляции распределения энергии света между фотосистемами II и I в изолированных хлоропластах // Доп. НАН України. – 2004. – № 10. – С. 198-202. (Особистий внесок здобувача – розробка схеми експериментів, написання статті).

29. Подорванов В.В., Золотарева Е.К. Сравнительное исследование буферной емкости хлоропластов различной степени целостности // Физиол. биохим. культ. раст. – 2004. – Т. 36, № 4. – С. 342-348. (Особистий внесок здобувача – розробка плану і схеми експериментів, обробка даних титрування, написання статті).

30. Zolotareva E.K., Podorvanov V.V. Clinorotation effect on thermodynamic efficiency of energy transformation in chloroplasts of higher plants // J. Gravitat. Physiol. – 2004. – Vol. 11, № 2. – Р. 221-222. (Особистий внесок здобувача – розробка плану експериментів, обробка даних, написання статті).

31. Онойко Е.Б., Золотарева Е.К., Сытник К.М. Регуляция протонной проводимости мембранной части АТР-синтазного комплекса хлоропластов адениннуклеотидами // Доп. НАН України. – 2005. – № 2. – С. 157-162. (Дисертанту належать ідея дослідження протонної провідності мембранної частини АТР-синтази, схема експерименту, обробка результатів та формулювання висновків роботи).

32. Подорванов В.В., Черноштан A.А., Золотарева Е.К. Роль бикарбоната в светозависимом поглощении протонов изолированными хлоропластами // Физиол. биохим. культ. раст. – 2005. – Т. 37, № 4. – С. 326-332. (Особистий внесок здобувача – складання плану роботи, проведення експериментів, написання статті).

33. Polishchuk A.V., Podorvanov V.V., Zolotareva Е.К. pH-dependent regulation of oxygen evolution in isolated spinach chloroplasts // Актуальні проблеми ботаніки та екології. Збірник наукових праць. Вип. 1. – К.: Фітосоціоцентр, 2005. – С. 254 – 261. (Здобувачеві належить розробка схеми експериментів і написання статті).

34. Topchiy N.M., Sytnik S.K., Syvash O.O., Zolotareva E.K. The effect of additional red irradiation on the photosynthetic apparatus of Pisum sativum // Photosynthetica. – 2005. – Vol. 43, № 3. – P. 451-456. (Дисертанту належать ідея дослідження фотосинтетичних характеристик рослин, сформованих за різних умов освітлення, обговорення результатів, написання статті).

35. Поліщук О.В., Подорванов В.В., Золотарьова О.К. рН-залежна регуляція фотосинтетичного виділення кисню ізольованими хлоропластами шпинату // Доп. НАН України. – 2006. – № 3. – С. 167-172. (Особистий внесок здобувача – розробка схеми експериментів, обробка експериментальних даних, написання статті).

36. Захаров С.Д. Золотарева Е.К., Опанасенко В.К. Зависимость протонной проводимости Н⁺-канала АТФ-синтетазного комплекса от степени протонирования протеолипида // І Всесоюзный биофизический съезд. Тезисы докладов стендовых сообщений. Москва, 1982. – Т. 1. – С. 265.

37. Опанасенко В.К., Макаров А.Д., Золотарева Е.К. Участие сопрягающего фактора CF₁ тилакоидных мембран хлоропластов в регуляции переноса электронов // І Всесоюзный биофизический съезд. Тезисы докладов стендовых сообщений. Москва, 1982. – Т. 1. – С. 255.

38. Золотарева Е.К., Кузьмина В.П., Захаров С.Д. Отражает ли светозависимое включение трития конформационный переход в АТФ-синтетазе? //
    16-я конференция ФЕБО, 1984. Тезисы докладов. – С. 289.

39. Золотарева Е.К., Кузьмина В.П., Гаспарян М.Э. Исследование связывания протонов с тилакоидными мембранами методом тритиевого обмена // В cб. “Молекулярные механизмы и регуляция энергетического обмена”. Пущино, 1986. – С. 30.

40. Gasparjan M.E., Zolotareva E.K., Yaguzhinsky L.S. The exchange of tightly bound tritium in chloroplast membrane // Abstr. Int. Symposium “Molecular organization of biological structures”. Moscow, June 19-24, 1989. – P. 36.

41. Золотарьова О.К., Довбиш К.П., Онойко О.Б. Кiнетика інгiбування фотофосфорилювання N,N'-дициклогексилкарбодиiмiдом в хлоропластах гороху // I Український бiофізичний з’їзд (Матерiали з’їзду). Київ, 1994. –
    С. 87-88.

42. Золотарьова О.К., Подорванов В.В. Дослiдження конформацiйной динамiки АТФ-синтетази хлоропластiв методом протон-тритiєвого обмiну //
    I Український бiофізичний з’їзд (Матерiали з’їзду). – Київ, 1994. – С. 109-110.

43. Золотарева Е.К., Онойко Е.Б., Довбыш Е.Ф. Внутримолекулярное разобщение АТФсинтазы хлоропластов в присутствии дициклогексилкарбодиимида и протонофоров // “Биоэнергетика фотосинтеза” Тезисы международной конференции. – Пущино, 1996. – С. 20.

44. Золотарева Е.К., Подорванов В.В., Рубан А.В. Исследование энергозависимого включения трития в светособирающий комплекс ФС-2 // “Биоэнергетика фотосинтеза” Тезисы международной конференции. Пущино, 1996. – С. 32.

45. Рубан О.В., Подорванов В.В., Терещенко О.Ф., Золотарьова О.К. Вивчення конформаційної динаміки світлозбирального комплексу хлоропластів методом протон-тритієвого обміну // VII Український біохімічний з’ізд. (Тези доповідей). Ч. II. – Київ, 1997. – С. 114-115.

46. Подорванов В.В., Терещенко О.Ф., Золотарьова О.К. Вплив iонiв мiдi Cu (II) та залiза Fe (II) на фотохiмiчнi реакцiї в хлоропластах гороху //
    I Всеукраїнська наукова конференцiя “Екологiчний стрес i адаптацiя у бiологiчних системах”. – Тернопiль, 1998. – С. 88.

47. Podorvanov V.V., Tereshchenko A.F., Zolotareva E.K. Investigation of conformational dynamics of ATP-synthase by tritium mapping // Book of abstracts of XIth International Congress on Photosynthesis. – Budapest, 1998. – P. 92.

48. Золотарева Е.К., Подорванов В.В., Онойко Е.Б. рН-Зависимая регуляция распределения энергии между фотосистемами I и II в хлоропластах гороха // IV Съезд общества физиологов растений России, Москва, 4-9 октября 1999. Тезисы докл. Т.І. – С. 45.

49. Подорванов В.В., Онойко О.Б., Золотарьова О.К. Роль трансмембранного протонного градієнта в регуляції розподілу енергії світла між фотосистемами в хлоропластах вищих рослин // Матеріали ХІ з’їзду Українського ботанічного товариства. – Харків, 2001. – С. 301-302.

50. Золотарева Е.К., Онойко Е.Б. Участие АТР-синтазы хлоропластов в регуляции распределения световой энергии между ФС II и ФС I // Укр. біохім. журн. – 2002. – Т. 74, № 4б (додаток 2). – С. 164.

51. Золотарева Е.К., Подорванов В.В. Активация Н⁺-АТРсинтазы цианобактерий Nostoc linkia и Oscillatoria formosa // Укр. біохім. журн. – 2002. – Т. 74, № 4б (додаток 2). – С. 157.

52. Zolotareva E.K., Onoiko E.B., Podorvanov V.V. pH-dependent regulation of the accessibility of the acceptor site of photosystem II // Programme and abstracts of International Conference “Photosynthesis and crop production” (7-11 October, 2002, Kyiv, Ukraine). – P. 112.

53. Онойко Е.Б., Подорванов В.В., Золотарева Е.К. Трансформация энергии при фотосинтезе в условиях микрогравитации // Материалы V съезда об-ва физиологов растений России. – Пенза, 2003. – С. 60-61.

54. Золотарьова О.К., Подорванов В.В., Чoрноштан O.А. Роль бікарбонату в процесах протонного транспорту в хлоропластах // Онтогенез рослин у природному та трансформованому середовищі. Фізіолого-біохімічні та екологічні аспекти, Львів, 18-21 серпня, 2004. – С. 152.

55. Onoiko E.B., Podorvanov V.V., Zolotareva E.K. Contribution of photosystem II and photosystem I to ferricyanide photoreduction in pea chloroplasts // Установчий з`їзд Українського товариства клітинної біології, Львів,
    25-28 травня 2004. Тези доповідей. – С. 334.

56. Polishchuk O.V., Podorvanov V.V., Zolotаreva E.K. The effect of Cu²⁺ ions on photosynthetic process // Aсta Physiol. Plant. – 2005. – Vol. 27, № 4 suppl. –
    P. 24.

57. Polishchuk A., Podorvanov V., Zolotаreva E. The light dependent carbon dioxide uptake by isolated (class II) chloroplasts // Международная конференция “Фотосинтез в пост-геномную эру: структура и функции фотосистем” / Под ред. И.И. Проскурякова. – М.: НИА-Природа, 2006. – С. 70.

58. Золотарева Е.К. Эффективность энергопреобразования в тилакоидных мембранах высших растений // Матеріали ІХ Українського біохімічного з’їзду. – Харків, 2006. – Т. 1. – С. 124-125.

59. Polishchuk A., Podorvanov V., Zolotareva E. pH-dependence of exogenic acceptor by uptake by isolated class (II) chloroplasts // Program and abstracts of International meeting “Photosynthesis in the post-genomic era. II: Structure and function of photosystems”. – Pushchino, 2006. – P. 260.

60. Topchiy N.M., Zolotareva E.K. The threshold of photoinhibition as indicator of stress state of plants // The VIIth International conference “Eco-physiological aspects of plant responses to stress factors” (Cracow, Poland, 19-22 September, 2007). – P. 29.