Home ЛАБОРАТОРИЯ БИОХИМИИ ХЛОРОПЛАСТОВ


[Руководитель Лаборатории] [Состав Лаборатории] [Области интересов] [Основные достижения] [Уникальные/редкие методы исследования] [Межинститутские и международные связи] [Текущие гранты] [Гранты, выполненные в Лаборатории] [Избранные публикации]

Руководитель Лаборатории:

    КАРАПЕТЯН Навасард Ваганович, профессор, доктор биологических наук, лауреат Государственной премии СССР по науке и технике (1991 г.)
    тел.: (495)-952-1505
    факс: (495)-954-2732
    e-mail: nkarap ЭТ inbi.ras.ru
              nkarap ЭТ yandex.ru

вверх

Состав лаборатории:
(
e-mail сотрудников даны в разделе "Телефоны и электронные адреса сотрудников Института")

    Юрина Надежда Петровна, дбн, проф.
    Одинцова Маргарита Семеновна, дбн, проф.
    Шубин Владимир Вениаминович, кбн
    Болычевцева Юлия Владимировна, кбн
    Терехова Ирина Владимировна, кбн
    Олескина Юлия Петровна, кбн
    Мокерова Дарья Валериевна, аспирант

    Рабинович Михаил Львович, дхн, проф.
    Васильченко Лилия Григорьевна, кбн
    Карапетян Карен Навасардович, кбн
    Ершевич Ольга Петровна, и.о. мнс

вверх

Область интересов:

    Механизмы функционирования фотосистемы 1 и фотозащитной диссипации энергии у цианобактерий: характеристика тримеров и мономеров фотосистемы 1; происхождение длинноволновых форм хлорофилла и их роль в фотосинтезе; природа высокой стабильности П700 и длинноволновых хлорофиллов фотосистемы 1; механизм устойчивости фотосинтетического аппарата цианобактерий к фотодеструкции; зависимость миграции энергии в антенне тримеров и мономеров фотосистемы 1 от редокс состояния кофакторов в акцепторной части; диссипация избыточно поглощенной энергии фотосистемой 1 цианобактерий; нефотохимическое тушение флуоресценции цианобактерий; механизм индуцированного каротин-белковым комплексом тушения флуоресценции фикобилисом; перераспределение энергии возбуждения в фотосинтетическом аппарате цианобактерий; взаимодействие фотосинтетической и дыхательной цепей переноса электрона в клетках цианобактерий.
    Молекулярная биология хлоропластов: механизм регуляции экспрессии генов пластидных белков; процессы, определяющие координированную экспрессию ядерных и хлоропластных генов растительной клетки; исследование роли хлоропластов в экспрессии ядерных генов, кодирующих белки пластид; структурно-функциональные исследования генома хлоропластов и других видов пластид.

вверх

Основные достижения:

        Доказана преимущественная организация комплекса фотосистемы 1 в мембранах цианобактерий в виде тримеров, которые обогащены длинноволновыми формами хлорофилла. Образование наиболее длинноволновой формы хлорофилла с испусканием при 760 нм (77К) у тримеров фотосистемы 1 цианобактерии Arthrospira platensis обусловлено взаимодействием хлорофиллов, локализованных на разных мономерных комплексах. Взаимодействие длинноволновых хлорофиллов с испусканием при 760 нм в тримере фотосистемы 1 цианобактерии Arthrospira, когда П700 в одном из мономеров окислен, ведет к обмену энергией между антеннами мономеров, что стимулирует диссипацию избыточной энергии, защищая тем самым комплекс от фотодеструкции. Когда кофакторы акцепторной части реакционного центра фотосистемы 1 предварительно восстановлены, диссипация энергии происходит через триплет П700, образующийся при рекомбинации П700+ и Ао-; триплет П700 тушит флуоресценцию при 760 нм.
        Установлена зависимость выхода флуоресценции при 760 нм (77 К) от редокс состояния П700: выход максимален при П700 восстановленном и минимален при П700 окисленном. Скорость миграции энергии в пикосекундном интервале от хлорофиллов антенны к катион радикалу П700 у тримеров фотосистемы 1 A. platensis при 77 К существенно выше, чем от хлорофиллов к нейтральному П700. Длинноволновые формы хлорофилла замедляют установление энергетического равновесия в гетерогенной антенне и улавливание энергии П700. Перенос энергии от валовых хлорофиллов к длинноволновым хлорофиллам с флуоресценцией при 760 нм происходит прямо (не через форму хлорофилла с испусканием при 730 нм). Показана высокая фотостабильность катион радикала П700 в фотосистеме 1 цианобактерий.
        Открыта способность цианобактерии Synechocystis sp. PCC 6803 к нефотохимическому тушению флуоресценции, новому пути фотозащитной диссипации энергии у цианобактерий. Согласно спектру действия этого тушения, сенсибилизатором тушения служит каротиноид; при этом тушится флуоресценция аллофикоцианинов с испусканием при 662 и ~680 нм. Тушение каротин-белковым комплексом флуоресценции аллофикоцианина уменьшает поток энергии возбуждения от фикобилинов к фотосистемам 1 и 2, защищая фотосинтетический аппарат цианобактеий от фотодеструкции. Индуцированное сине-зеленым светом тушение флуоресценции может происходить и в отсутствие фотосистем. Показано, что тушащий центр, образующийся на свету, способен тушить флуоресценцию фикобилисом в темноте.
        Доказано наличие хлоропластного контроля на этапе транскрипции генов белков светового стресса ELIP1 и ELIP2, выявлены различные механизмы регуляции экспрессии генов белков Lhcb1 и ELIP, относящихся к близкородственным семействам. На экспрессию генов ELIP действуют сигналы как экзогенного (свет), так и эндогенного происхождения (ретроградные сигналы, гормоны, углеводы). Эти типы сигналов могут тесно взаимодействовать друг с другом – ингибировать (или активировать) транскрипцию генов ELIP1 и ELIP2, и тем самым повышать устойчивость растений к действию стрессовых факторов окружающей среды. Показано, что повышенная экспрессия белка теплового шока HSP70B хлоропластов может служить ранним биомаркером окислительного стресса, и является одним из факторов, определяющих термотолерантность зеленых водорослей. Обнаружено нарушение процессинга и импорта предшественников стрессовых белков - HSP32 и ELIP в пластиды норфлуразон-обработанных проростков. Установлено, что при фотодеструкции хлоропластов происходит накопление предшественников стрессовых белков в оболочке пластид. Из хлоропластов высших растений и водорослей выделены нуклеоиды, которые представлят собой молекулы ДНК, организованные белками в компактные транскрипционно активные структуры. Компонентный состав белков нуклеоидов непостоянен и зависит от стадии дифференцировки этих органелл. Показана консервативность белкового состава нуклеоидов, изолированных из дифференцированных хлоропластов разных видов растений.

вверх


Уникальные/редкие методы исследования (на базе собственного оборудования), имеющиеся в лаборатории:
    Лаборатория располагает установкой для дифференциальной абсорбционной и флуоресцентной спектроскопии фотосинтетического аппарата и программой по определению вторичной структуры белков по спектрам кругового дихроизма.
вверх

Межинститутские и международные научные связи:
    Department of Plant Biochemistry, Faculty of Biology and Biotechnology of Ruhr-University-Bochum, Bochum, Germany (Prof. M. Rogner)
    Max-Volmer Laboratory of Biophysical Chemistry, Faculty of Chemistry, Technical University Berlin, Germany (Dr. E. Schlodder)
    Institute of Physical and Theoretical Chemistry, Tubingen University, Germany (Dr. M. Brecht)
    Кафедра генетики биологического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова (д.б.н. И.В. Еланская)
    Институт общей экологии Болгарской Академии наук, София, Болгария (проф. Ст. Чанкова)

вверх

Текущие гранты:

    1. Программа Президиума РАН "Молекулярная и клеточная биология" 2009-2013 г.г.
    проект "Молекулярные механизмы защиты фотосинтетического аппарата от действия интенсивного света"
    руководитель - проф. Н.В. Карапетян
    2. Грант РФФИ, 11-04-00247а, 2011-2013 г.г.
    ”Механизмы нефотохимического тушения флуоресценции цианобактерий "
    руководитель - проф. Н.В. Карапетян

вверх

Гранты, выполненные в Лаборатории:

    1. NATO HTECH.LG, № 931646, 1994-1996 г.г.
    “Role of the long-wavelength antenna chlorophylls in photosystem I of cyanobacteria”,
    руководитель с российской стороны – проф. Н.В. Карапетян
    2. Грант NATO LST.CLG, № 974955, 1999 г.
    "Mechanisms of assembly of cyanobacterial photosystem I monomers into trimers within liposomes"
    руководитель с российской стороны – проф. Н.В. Карапетян
    3. DFG, 1998 г.
    "Reconstitution of cyanobacterial photosystem I trimers from monomers",
    руководитель с российской стороны – проф. Н.В. Карапетян
    4. Грант NATO LST.CLG, № 978304, 2002-2004 г.г.
    “Whole cell bioenergetics of Spirulina under stress conditions”,
    руководитель с российской стороны - проф. Н.В. Карапетян
    5. INTAS, № 97-31424, 1997-1999 г.г.
    "Molecular mechanisms of regulation of chloroplast gene expression during earlier chloroplast differentiation",
    руководитель с российской стороны – проф. М.С. Одинцова
    6. DFG, 2001 г.
    "Biogenesis of plastid protein precursors under norflurazon-induced carotenoid deficiency and oxidative stress",
    руководитель с российской стороны – д.б.н. Юрина Н.П.
    7. Программа Президиума РАН "Молекулярная и клеточная биология" 2004-2008 г.г.
    "Биоэнергетика фотосинтеза и дыхания при стрессе"
    руководитель - проф. Н.В. Карапетян
    8. Грант РФФИ, № 94-04-12252а, 1994-1995 г.г.
    "Молекулярная организация реакционного центра фотосистемы 1 цианобактерий",
    руководитель – проф. Н.В. Карапетян
    9. Грант РФФИ, № 95-04-13001, 1995-1997 г.г.
    "Экспрессия генома хлоропластов и ее регуляция",
    руководитель – проф. М.С. Одинцова
    10. Грант РФФИ, № 96-04-48809а, 1996-1998 г.г.
    "Механизм стабильности пигмент-белкового комплекса фотосистемы 1",
    руководитель – проф. Н.В. Карапетян
    11. Грант РФФИ, № 99-04-48180а, 1999-2001 г.г.
    "Механизм миграции энергии от фикобилисом к тримерам и мономерам фотосистемы 1 при изменении состояния фотосинтетического аппарата цианобактерии Spirulina",
    руководитель – проф. Н.В. Карапетян
    12. Грант РФФИ, № 99-04-48245а, 1999-2001 г.г.
    "Структурно-функциональное исследование транскрипционного комплекса (нуклеоидов) хлоропластов",
    руководитель – проф. М.С. Одинцова
    13. Грант РФФИ, № 02-04-48348а, 2002-2004 г.г.,
    "Механизм функционирования тримеров фотосистемы 1 цианобактерии Spirulina",
    руководитель - проф. Н.В. Карапетян
    14. Грант РФФИ, 03-04-49051а, 2003-2005 г.г.
    "Участие хлоропластов в регуляции экспрессии ядерных генов, кодирующих белки светового и теплового стресса"
    руководитель - проф. М.С. Одинцова
    15. Грант РФФИ, 05-04-48526а, 2005-2007 г.г.
    "Механизмы устойчивости фотосинтетического аппарата цианобактерий к интенсивному свету"
    руководитель - проф. Н.В. Карапетян
    16. Грант РФФИ, 06-04-48923а, 2006-2008 г.г.
    ”Механизмы регуляции экспрессии ядерных генов пластидных стрессовых белков ELIP интермедиатами биосинтеза тетрапирролов и редокс-состоянием хлоропластов "
    руководитель – д.б.н. Н.П. Юрина
    17. Грант РФФИ, 08-04-00143а, 2008-2010 г.г.
    "Механизмы миграции и диссипации энергии в фотосинтетическом аппарате цианобактерий"
    руководитель - проф. Н.В. Карапетян
    18. Грант ГНТП "Приоритетные направления генетики". Договор № 4, 1992-1995 г.г.
    "Изучение структурной и функциональной организации генома хлоропластов высших растений",
    руководитель – проф. М.С. Одинцова

вверх

Избранные публикации:

    1. Kruip J., Karapetyan N.V., Terekhova I.V., Rogner M.(1999) In vitro oligomerisation of a membrane protein complex: liposome based reconstitution of trimeric photosystem I from isolated monomers. J. Biol. Chem. 274, 18181-18188
    2. Witt H., Bordignon E., Carbonera D., Dekker J.P., Karapetyan N.V., Teutloff C., Webber A., Lubitz W., Schlodder E. (2003) Species-specific differences of the spectroscopic properties of P700: analysis of influence of non-conserved amino acid residues by site-directed mutagenesis of photosystem I from Chlamydomonas reinhardtii. J. Biol. Chem. 278, 46760-46771
    3. Frese R.N., Palacios M.A., Azzizi A., van Stokkum I.H.M., Kruip J., Rogner M., Karapetyan N.V., Schlodder E., van Grondelle R., Dekker J.P. (2002) Electric field effects on red chlorophylls, β-carotenes and P700 in cyanobacterial photosystem I complexes. Biochim. Biophys. Acta 1554, 180-191
    4. Schlodder E., Cetin M., Byrdin M., Terekhova I.N., Karapetyan N.V. (2005) P700+- and 3P700-induced quenching of the fluorescence at 760 nm in trimeric photosytem I complexes from the cyanobacterium Arthrospira platensis. Biochim. Biophys. Acta 1706, 53-67
    5. Schlodder E., Shubin V.V., El-Mohsnawy E., Rogner M., Karapetyan N.V. (2007) Steady-state and transient polarized absorption spectroscopy of photosytem I complexes from the cyanobacteria Arthrospira platensis and Thermosynechococcus elongatus. Biochim. Biophys. Acta (Bio) 1767, 732-741
    6. Rakhimberdieva M.G., Vavilin D.V., Vermaas W.F.J., Elanskaya I.V., Karapetyan N.V. (2007) Phycobilin/chlorophyll excitation equilibration upon carotenoid-induced non-photochemical fluorescence quenching in phycobilisomes of the cyanobacterium Synechocystis sp. PCC 6803. Biochim. Biophys. Acta (Bio) 1767, 757-765
    7. Rakhimberdieva M.G., Elanskaya I.V., Vermaas W.F.J., Karapetyan N.V. (2010) Carotenoid-triggered energy dissipation in Synechocystis phycobilisomes diverts excitation away from reaction centers of both photosystems. Biochim. Biophys. Acta (Bio) 1797, 241-249
    8. Schlodder E., Hussels M., Karapetyan N.V., Brecht M. (2011) Fluorescence of the various red antenna states in photosytem I complexes from cyanobacteria is affected differently by the redox state of P700. Biochim. Biophys. Acta (Bio) 1807, 1423-1431
    9. Brecht M., Hussels M., Schlodder E., Karapetyan N.V. (2012) Red antenna states of photosystem I trimers from Arthrospira platensis revealed by single-molecule spectroscopy. Biochim. Biophys. Acta (Bio) 1817, 445-452
    10. Kuzminov F.I., Karapetyan N.V., Rakhimberdieva M.G., Elanskaya I.V., Gorbunov M.Y., Fadeev V.V. (2012) Investigation of OCP-triggered dissipation of excitation energy in PSI/PSII-less Synechocystis sp. PCC 6803 mutant using non-linear laser fluorimetry. Biochim. Biophys. Acta (Bio) 1817, 1012-1021
    11. Cometta A., Zucchelli G., Karapetyan N.V., Engelmann E., Garlaschi F.M., Jennings R.C. (2000) Thermal behavior of long wavelength absorption transitions in Spirulina platensis photosystem I trimers. Biophys. J. 79, 3235-3243
    12. Gobets B., van Stokkum I.H.M., Rogner M., Kruip J., Schlodder E., Karapetyan N.V., Dekker J.P., van Grondelle R. (2001) Time-resolved fluorescence emission measurements of photosystem I particles of various cyanobacteria: a unified compartmental model. Biophys. J. 81, 407-424
    13. Karapetyan N.V., Dorra D., Schweitzer G., Bezsmertnaya I.N., Holzwarth A.R. (1997) Fluorescence spectroscopy of the longwave chlorophylls in trimeric and monomeric photosystem I core complexes from cyanobacterium Spirulina platensis. Biochemistry 36, 13830-13837
    14. Rakhimberdieva M.G., Boichenko V.A., Karapetyan N.V., Stadnichuk I.N. (2001) Interaction of phycobilisomees with photosystem 2 dimers and photosystem 1 monomers and trimers of the cyanobacterium Spirulina platensis. Biochemistry 40, 15780-15788
    15. El-Mohsnawy E., Kopczak M.J., Schlodder E., Nowaczyk M., Meyer H.E., Warscheid B., Karapetyan N.V., Rogner M. (2009) Structure and function of intact photosystem 1 monomers from the cyanobacterium Thermosynechococcus elongatus. Biochemistry 49, 4740-4751
    16. Karapetyan N.V., Holzwarth A.R., Rogner M. (1999) The photosystem I of cyanobacteria: molecular organization, excitation dynamics and physiological significance (minireview). FEBS Lett. 460, 395-400
    17. Rakhimberdieva M.G., Stadnichuk I.N., Elanskaya I.V., Karapetyan N.V. (2004) Carotenoid-induced quenching of the phycobilisome fluorescence in photosystem II-deficient mutant of Synechocistis sp. FEBS Lett. 574, 85-88
    18. Rakhimberdieva M.G., Bolychevtseva Y.V., Elanskaya I.V., Karapetyan N.V. (2007) Protein-protein interactions in carotenoid triggered quenching of phycobilisome fluorescence in Synechocystis sp. PCC 6803. FEBS Lett. 581, 2429-2433
    19. Rakhimberdieva M.G., Kuzminov F.I., Elanskaya I.V., Karapetyan N.V. (2011) Synechocystis sp. PCC 6803 mutant lacking both photosystems exhibits strong carotenoid-induced quenching of phycobilisome fluorescence. FEBS Lett. 585, 585-589
    20. Yurina N.P., Kloppstech K. (2001) Accumulation of plastid protein precursors under norflurazon- induced carotenoid deficiency and oxidative stress in barley. Plant Physiol. Biochem. 39, 807-814
    21. Karapetyan (2008) Protective dissipation of excess absorbed energy by photosynthetic apparatus of cyanobacteria: role of antenna terminal emitters. Photosynth. Res. 97, 195-204
    22. Shubin VV., Terekhova I.N., Kirillov B.A., Karapetyan N.V. (2008) Quantum yield of P700+ photodestruction in isolated photosystem I complexes of the cyanobacterium Arthrospira platensis. Photochem. Photobiol. Sci. 7, 956-962
    23. Karapetyan N.V., Schlodder E., van Grondelle R., Dekker J.P. (2006) Long wavelength chlorophylls of photosystem I. In Photosystem I: The Light-Driven, Plastocyanin/Ferredoxin/Oxydoreductase (Golbeck J.H., ed.) in series Advances in Photosynthesis and Respiration, Springer, vol. 24, pp. 177-195

вверх


[Новости и объявления] - [Справочная информация] - [Об Институте] - [Предложения к сотрудничеству] - [Кто есть кто в ИНБИ] - [Конференции] - [Баховские чтения и премии] - [Коллекция ссылок] - [Научные подразделения] - [Архив]

[
Главная страница] - [Карта сайта] - [Поиск по сайту] - [Написать в ИНБИ]


email to INBI
Last review: 24, October, 2012.
© A.N.Bach Institute of Biochemistry of RAS, 2001-2012