Összes szerző

Lambrev Petar

az alábbi absztraktok szerzői között szerepel:

Lambrev Petar
Exciton–radical-pair equilibration in Photosystem II observed by two-dimensional electronic spectroscopy

Aug 28 - szerda

11:10 – 11:30

Bioenergetika és fotobiofizika

E30

Exciton–radical-pair equilibration in Photosystem II observed by two-dimensional electronic spectroscopy

Petar Lambrev1, Parveen Akhtar1,2, Pawel Nowakowski3, Gábor Sipka1, Guangye Han4, Jian-Ren5 Shen, Győző Garab1, Howe-Siang Tan3

1 Biological Research Centre HAS, Plant Biology Institute

2 ELI-ALPS, ELI Nonprofit Ltd.

3 Nanyang Technological University, School of Physical and Mathematical Sciences, Singapore

4 Photosynthesis Research Center, Chinese Academy of Sciences, Beijing, China

5 Photosynthesis Research Center, Okayama University, Okayama, Japan

The kinetics of energy transfer and charge separation in isolated Photosystem II (PSII) core complexes was studied by time-resolved fluorescence, femtosecond transient absorption and two-dimensional electronic spectroscopy (2DES). Time-resolved fluorescence showed that the main excited-state deactivation time constant in PSII with open reaction centres is around 40 ps, in accordance with literature results. Global analysis of the transient absorption data revealed lifetimes of 200 fs and 3–4 ps (assigned mainly to energy equilibration among antenna chlorophylls), 35–40 ps (the main photochemical trapping), 200–250 ps (electron transfer from pheophytin to QA) and a nanosecond component (re-reduction of P680+). The transient spectra of the reduced pheophytin and oxidized P680 are well defined. These data are in excellent agreement with previous results. 2DES, performed under identical excitation conditions, further resolved uphill and downhill pathways of energy transfer in the antenna as well as equilibration between the primary radical pair and the antenna occurring on a sub-picosecond timescale. The results bring new evidence supporting the exciton–radical-pair equilibrium model of PSII kinetics.

Acknowledgements

The work was supported by grants from the Hungarian Ministry of Finance (GINOP-2.3.2-15-2016-00001), the National Research, Development and Innovation Office (NKFIH NN 124904; 2018-1.2.1-NKP-2018-00009), and the Singapore Ministry of Education Academic Research Fund (Tier 2 MOE2015-T2-039).

Lingvay Mónika
A fotoszintézis inaktiválása az antenna szintjén: az LHCII érzékenysége közvetlen fotokárosodásra

Aug 28 - szerda

13:30 – 15:30

II. Poszterszekció

P35

A fotoszintézis inaktiválása az antenna szintjén: az LHCII érzékenysége közvetlen fotokárosodásra

Lingvay Mónika1,2, Akhtar Parveen1,3, Sebőkné Nagy Krisztina4, Páli Tibor4 és Lambrev Petar1

1 MTA Szegedi Biológiai Kutatóközpont, Növénybiológiai Intézet

2 Szegedi Tudományegyetem, Természettudományi és Informatikai Kar, Fizika Doktori Iskola

3 ELI-ALPS, ELI Nonprofit Kft.

4 MTA Szegedi Biológiai Kutatóközpont, Biofizikai Intézet

A fotoszintetikus apparátus egyik kulcsfontosságú jellemzője a fénykárosodással szembeni ellenállóképessége és aktív védelme, mely funkciók a teljes rendszer összehangolt működését feltételezik. Ismeretes, hogy a II. fotokémiai rendszer magas fényintezitás mellett hajlamos fénygátlásra / fotoinhibícióra, de még vitatott, hogy a II. fénybegyűjtő komplex (LHCII) lehet-e célpontja elsődleges fénykárosodásnak. A fénykárosodás egyik lehetséges mechanizmusa a triplett gerjesztett állapotú klorofillok (Chl) keletkezése, amelyek kölcsönhatásba lépve az oxigénnel, szingulett oxigént és más reaktív oxigén formákat képezhetnek; habár ismeretes, hogy az LHCII-ben kötött karotinoidok hatékonyan kioltják a triplett állapotokat.

A kutatás célja izolált LHCII fénykárosodásra való hajlamának, ennek a molekuláris környezettől való függésének és a fizikai mechanizmusainak tanulmányozása. Ennek érdekében, borsó tilakoidmembránokból tisztított LHCII-t fehérje-aggregátumokként szuszpendáltuk, detergens micellákban szolubilizáltuk, illetve különböző lipidösszetételű rekonstituált membránokba ágyaztuk. A nagy fényintenzitás hatásait ezen in vitro modellekre biofizikai és biokémiai vizsgálatokkal elemeztük.

Eredményeink azt mutatták, hogy az LHCII in vitro sugárzással szembeni ellenállóképessége erősen környezetfüggő, és hogy az LHCII jobban kitett a fény káros hatásának lipid-környezetben. Kimutattuk, hogy a fotokárosodás oxigén-függő, és különböző antioxidánsok fotoprotektív hatását is bizonyítottuk. A malondialdehid–tiobarbitursav reaktivitási teszt kimutatta, hogy a megvilágítás a membránlipidek LHCII által közvetített peroxidációját eredményezi. A szingulett oxigén képződését és kölcsönhatásait a fény által kitett LHCII környezetekben kvantitatívan vizsgáltuk az elektronspin-rezonancia spektroszkópia módszerével, spincsapdák és -jelölők segítségével.

Köszönetnyilvánítás

A kutatás a Nemzetgazdasági Minisztérium GINOP-2.3.2-15-2016-00001 pályázatának és az Emberi Erőforrások Minisztériuma ÚNKP-17-3-I kódszámú Új Nemzeti Kiválóság Programjának támogatásával valamint a Nemzeti Kutatási, Fejlesztési és Innovációs Alap (NKFIA) K 112716 pályázatának részleges támogatásával készült.

Parveen Akhtar
Temperature-dependent energy transfer in LHCII probed by 2D electronic spectroscopy

Aug 28 - szerda

13:30 – 15:30

II. Poszterszekció

P36

Temperature-dependent energy transfer in LHCII probed by 2D electronic spectroscopy

Parveen Akhtar1,2, Thanh Nhut Do3, Adriana Huerta-Viga3, Pawel Nowakowski3, Howe-Siang Tan3, Petar H. Lambrev1

1 Biological Research Centre HAS, Plant Biology Institute

2 ELI-ALPS, ELI Nonprofit Ltd.

3 Nanyang Technological University, School of Physical and Mathematical Sciences, Singapore

The efficiency of photosynthetic light energy conversion depends on the ability of the photosynthetic apparatus to harvest the solar energy and transfer to the photochemical reaction centres without losses. Excitonic interactions between chlorophylls in LHCII, the main light-harvesting antenna of Photosystem II, provide a way for fast and efficient directional excitation energy transfer (EET) in a less than 100 femtoseconds to picoseconds. Despite the wealth of data about the kinetics of EET, the presently existing models report different kinetics of EET in LHCII. Two-dimensional electronic spectroscopy (2DES) is a powerful technique for mapping EET pathways. We studied EET in LHCII by 2DES at various temperatures from 77 K to 293 K under conditions free from singlet-singlet annihilation. Global lifetime analysis revealed that spectral equilibration occurs over distinct timescales – from < 200 fs to 5 ps at 293 K, as previously published [1]. However, slower timescales are observed at lower temperatures – up to tens of picoseconds at 77 K. A clear temperature dependence of uphill energy transfer processes is also discerned, which follows the detailed-balance condition. We applied phenomenological model fitting to resolve exciton states and microscopic rates of energy transfer. The experimental and modeling results at 77 K are generally in good agreement with existing exciton models of LHCII, but specific differences especially in the slow picosecond relaxation kinetics suggest the need for model refinement. Protein motions substantially improve the efficiency of light harvesting at physiological temperature.

Acknowledgements

The work was supported by grants from the Singapore Ministry of Education Academic Research Fund (Tier 2 MOE2015-T2-039), the Hungarian Ministry of Finance (GINOP-2.3.2-15-2016-00001), and the National Research, Development and Innovation Office (NKFIH NN 124904; 2018-1.2.1-NKP-2018-00009). The ELI-ALPS project (GINOP-2.3.6-15-2015-00001) is supported by the European Union and co-financed by the European Regional Development Fund.

References

[1] Akhtar P, Zhang C, et al (2017) J Phys Chem Lett 8: 257–263

Sipka Gábor
Fény által kiváltott konformáció-változások jellemzése és azok dinamikájának feltárása Thermosynechococcus vulcanus PSII komplexben

Aug 28 - szerda

13:30 – 15:30

II. Poszterszekció

P38

Fény által kiváltott konformáció-változások jellemzése és azok dinamikájának feltárása Thermosynechococcus vulcanus PSII komplexben

Sipka Gábor1*, Stefano Santabarbara2, Pavel Müller3, Klaus Brettel3, Magyar Melinda1, Qingjun Zhu4, Yanan Xiao4, Guangye Han4, Petar H. Lambrev1, Jian-Ren Shen4,5, Garab Győző1,6

1Biological Research Centre, Hungarian Academy of Sciences, Szeged, Hungary

2Photosynthetic Research Unit, National Research Council of Italy, Milano, Italy

3Institute for Integrative Biology of the Cell (I2BC), CEA, CNRS, Univ. Paris-Sud, Université Paris-Saclay, Gif-sur-Yvette, France.

4Photosynthesis Research Center, Chinese Academy of Sciences, Beijing, China

5Photosynthesis Research Center, Okayama University, Okayama, Japan

6Faculty of Science, University of Ostrava, Ostrava 1, Czech Republic

A második fotokémiai rendszernek (PSII) kiemelkedő szerepe van a fotoszintézis folyamatában, hiszen egyedül ez a szuperkomplex képes a víz bontására, és így a légköri oxigén termelésére. Korábban, DCMU-kezelt PSII reakciócentrum-core komplexek (RC-CC) STSF-indukált változó klorofill-a fluoreszcencia (Fv) kinetikájának vizsgálatával azonosítottunk egy sebességkorlátozó lépés-sort [1] (STSF, egyszeres telítési-gerjesztő fényimpulzus): megállapítottuk, hogy – az irodalomban legáltalánosabban elfogadott modellel ellentétben – a primér kinon akceptor (QA) redukciója (egyetlen STSF-el) nem emeli a minimális Fo szintről a maximális Fm értékre, hanem csak egy Fo+Pheo− tranziensek generálhatók [2]. Mélyhőmérsékleten (80 – 120 K) végzett fluoreszcencia emissziós tranziens spektroszkópiai mérésink azt mutatták, hogy az Fo-F1 és az F1-Fm tranziens állapotokhoz, azaz a QA-QA−-hoz és a töltésszétválasztott-fényadaptált állapotokhoz, más-más spektrumok társíthatók. A különbségeket főként a 685 nm-es emissziós sávon figyeltük meg minden kriogén hőmérsékleten, ahol a két emissziós sáv, az F685 és az F695, feloldható. A megfigyelt változásokat okozhatja a QA− erős helyi elektromos mezőjére szuperponált P680+Pheo− erős lokális tranziens tere és/vagy egy, a töltésrekombinációt követő, termális tranziens. Ezek módosíthatják a RC-CC dielektrikum szerkezetét / konformációs állapotát és így az energiatranszfer Shibata és mtsai [3] által korábban feltárt útvonalait. Mélyhőmérsékeleten ezek az addicionális konformációs állapotváltozások tehetők felelőssé az Fv(=Fm-Fo) emelkedés legnagyobb hányadáért (80 K-n ~90%-áért). Eredményeink azt mutatják, hogy PSII két állapota, a nyitott (sötét-adaptált) és zárt (stabil töltésszétválasztást követő) állapotai mellett számolnunk kell annak fényadaptált állapotával is, amely a stabil-töltésszétválasztást követően, megvilágítás hatására alakul ki. Ennek fiziológiai jelentősége még nem ismert.

Irodalom

[1] M. Magyar, G. Sipka, L. Kovacs, B. Ughy, Q.J. Zhu, G.Y. Han, V. Spunda, P.H. Lambrev, J.R. Shen, G. Garab (2018) Rate-limiting steps in the dark-to-light transition of Photosystem II - revealed by chlorophyll-a fluorescence induction, Scientific Reports, 8.

[2] G. Sipka, P. Muller, K. Brettel, M. Magyar, L. Kovacs, Q. Zhu, Y. Xiao, G. Han, P.H. Lambrev, J.R. Shen, G. Garab (2019) Redox transients of P680 associated with the incremental chlorophyll-a fluorescence yield rises elicited by a series of saturating flashes in diuron-treated photosystem II core complex of Thermosynechococcus vulcanus, Physiol Plant, 166:22-32.

[3] Y. Shibata, S. Nishi, K. Kawakami, J.R. Shen, T. Renger (2013) Photosystem II does not possess a simple excitation energy funnel: time-resolved fluorescence spectroscopy meets theory, J Am Chem Soc, 135:6903-6914.