Катионные антисептики нарушают функционирование акцепторного участка электрон-транспортной цепи в фотосинтетических реакционных центрах пурпурных бактерий Cereibacter sphaeroides
- Авторы: Лукашев Е.П.1, Мамедов М.Д.2, Витухновская Л.А.2, Мамедова А.М.2, Нокс П.П.1, Пащенко В.З.1
-
Учреждения:
- Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, биологический факультет, кафедра биофизики
- Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, НИИ физико-химической биологии имени А.Н. Белозерского
- Выпуск: Том 90, № 7 (2025): Новые достижения в фотобиохимии и фотобиофизике (специальный выпуск)
- Страницы: 961-973
- Раздел: Статьи
- URL: https://journals.rcsi.science/0320-9725/article/view/356223
- DOI: https://doi.org/10.31857/S0320972525070067
- EDN: https://elibrary.ru/JZDNQJ
- ID: 356223
Цитировать
Аннотация
С помощью электрометрического метода было выявлено, что катионный антисептик октенидин снижает генерацию трансмембранной разности электрических потенциалов в хроматофорах фотосинтезирующих бактерий Cereibacter sphaeroides. Это подтверждается и измерениями электрохромных сдвигов полос поглощения каротиноидов в хроматофорах. В изолированных из хроматофоров реакционных центрах (РЦ) при отсутствии внешних доноров и акцепторов электронов скорость рекомбинации разделённых зарядов между фотоокисленным бактериохлорофиллом Р870 и восстановленным вторичным хинонным акцептором QB, регистрируемая по изменениям поглощения в ближней ИК области, очень слабо зависела от присутствия антисептиков, в отличие от кинетики в спектральном диапазоне 400–600 нм, где наблюдаются изменения поглощения, связанные с окислением Р870 и образованием семихинон-радикалов Q−А и Q−B, а также электрохромные сдвиги полос поглощения каротиноида и бактериофеофитина РЦ. Добавление катионных антисептиков приводило к появлению в этой области изменений поглощения со временем образования порядка 100–200 мс и спада около 3 с. В ряду пиклоксидин – хлоргексидин – октенидин – мирамистин последний оказался наиболее эффективным. Максимальная амплитуда таких изменений наблюдалась в области поглощения семихинон-радикала, около 460 нм. При блокировании переноса электрона от Q−А на QB о-фенантролином эффект исчезал. Высказано предположение о том, что катионные антисептики стимулируют протонирование Q−B с образованием нейтрального комплекса Q−BН+.
Ключевые слова
Об авторах
Е. П. Лукашев
Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, биологический факультет, кафедра биофизики
Автор, ответственный за переписку.
Email: knox@biophys.msu.ru
Москва
М. Д. Мамедов
Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, НИИ физико-химической биологии имени А.Н. Белозерского
Email: knox@biophys.msu.ru
Москва
Л. А. Витухновская
Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, НИИ физико-химической биологии имени А.Н. Белозерского
Email: knox@biophys.msu.ru
Москва
А. М. Мамедова
Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, НИИ физико-химической биологии имени А.Н. Белозерского
Email: knox@biophys.msu.ru
Москва
П. П. Нокс
Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, биологический факультет, кафедра биофизики
Email: knox@biophys.msu.ru
Москва
В. З. Пащенко
Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, биологический факультет, кафедра биофизики
Email: knox@biophys.msu.ru
Москва
Список литературы
- Strakhovskaya, M. G., Lukashev, E. P., Korvatovskiy, B. N., Kholina, E. G., Seifullina, N. Kh., Knox, P. P., and Paschenko, V. Z. (2021) The effect of some antiseptic drugs on the energy transfer in chromatophore photosynthetic membranes of purple non-sulfur bacteria Rhodobacter sphaeroides, Photosyn. Res., 147, 197-209, https://doi.org/10.1007/s11120-020-00807-x.
- Knox, P. P., Lukashev, E. P., Korvatovskiy, B. N., Strakhovskaya, M. G., Makhneva, Z. K., Bol’shakov, M. A., and Paschenko, V. Z. (2022) Disproportionate effect of cationic antiseptics on the quantum yield and fluorescence lifetime of bacteriochlorophyll molecules in the LH1-RC complex of R. rubrum chromatophores, Photosynth. Res., 153, 103-112, https://doi.org/10.1007/s11120-022-00909-8.
- Paschenko, V. Z., Lukashev, E. P., Mamedov, M. D., Korvatovskiy, B. N., and Knox, P. P. (2023) Influence of the antiseptic octenidine on spectral characteristics and energy migration processes in photosystem II core complexes, Photosynth. Res., 155, 93-105, https://doi.org/10.1007/s11120-022-00972-1.
- Paschenko, V. Z., Lukashev, E. P., Mamedov, M. D., Gvozdev, D. A., and Knox, P. P. (2024) Effect of cationic antiseptics on fluorescent characteristics and electron transfer in cyanobacterial photosystem I complexes, Photosynth. Res., 159, 241-251, https://doi.org/10.1007/s11120-024-01082-w.
- Šlouf, V., Chábera, P., Olsen, J. D., Martin, E. C., Qiac, P., Huntec, C. N., and Polívka, T. (2012) Photoprotection in a purple phototrophic bacterium mediated by oxygen-dependent alteration of carotenoid excited-state properties, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 109, 8570, https://doi.org/10.1073/pnas.1201413109.
- Kirmaier, C., Holten, D., and Parson, W. W. (1985) Temperature and detection-wavelength dependence of the picosecond electron transfer kinetics measured in Rhodopseudomonas sphaeroides reaction centers – resolution of new spectral and kinetic components in the primary charge-separation process, Biochim. Biophys. Acta, 810, 33-48, https://doi.org/10.1016/0005-2728(85)90204-X.
- Holzapfel, W., Finkele, U., Kaiser, W., Oesterhelt, D., Scheer, H., Stilz, H. U., and Zinth, W. (1989) Observation of a bacteriochlorophyll anion radical during the primary charge separation in a reaction center, Chem. Phys. Lett., 160, 1, https://doi.org/10.1016/0009-2614(89)87543-8.
- Holzwarth, A. R., and Muller, M. G. (1996) Energetics and kinetics of radical pairs in reaction centers from Rhodobacter sphaeroides. A femtosecond transient absorption study, Biochemistry, 35, 11820-11831, https://doi.org/10.1021/bi9607012.
- Camara-Artigas, A., Brune, D., and Allen, J. P. (2002) Interactions between lipids and bacterial reaction centers determined by protein crystallography, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 99, 11055-11060, https://doi.org/10.1073/pnas.162368399.
- Milano, F., Dorogi, M., Szebenyi, K., Nagy, L., Maroti, P., Varo, G., Giotta, L., Agostiano, A., and Trotta, M. (2007) Enthalpy/entropy driven activation of the first interquinone electron transfer in bacterial photosynthetic reaction centers embedded in vesicles of physiolog-ically important phospholipids, Bioelectrochemistry, 70, 18-22, https://doi.org/10.1016/j.bioelechem.2006.03.024.
- Agostiano, A., Milano, F., and Trotta, M. (2005) Trapping of a long-living charge separated state of photosynthetic reaction centers in proteoliposomes of negatively charged phospholipids, Photosynth. Res., 83, 53-61, https://doi.org/10.1007/s11120-004-3197-6.
- Lavergne, J., Matthews, C., and Ginet, N. (1999) Electron and proton transfer on the acceptor side of the reaction center in chromatophores of Rhodobacter capsulatus: evidence for direct protonation of the semiquinone state of QB, Biochemistry, 38, 4542-4552, https://doi.org/10.1021/bi9827621.
- Graige, M. S., Paddock, M. I., Feher, G., and Okamura, M. Y. (1999) Observation of the protonated semiquinone intermediate in isolated reaction centers from Rhodobacter sphaeroides: implications for the mechanism of electron and proton transfer in proteins, Biochemistry, 38, 11465-11473, https://doi.org/10.1021/bi990708u.
- Woronowicz, K., Sha, D., Frese, R. N., Niederman, R. A. (2011) The accumulation of the light-harvesting 2 complex during remodeling of the Rhodobacter sphaeroides intracytoplasmic membrane results in a slowing of the electron transfer turnover rate of photochemical reaction centers, Biochemistry, 50, 4819-4829, https://doi.org/10.1021/bi101667e.
- Clayton, R. K. (1966) Spectroscopic analysis of bacteriochlorophylls in vitro and in vivo, Photochem. Photobiol., 5, 669-677, https://doi.org/10.1111/j.1751-1097.1966.tb05813.x.
- Захарова Н.И., Чурбанова И.Ю. (2000) Методы получения реакционных центров фотосинтезирующих пурпурных бактерий, Био-химия, 65, 181-193.
- Drachev, L. A., Kaminskaya, O. P., Konstantinov, A. A., Mamedov, M. D., Samuilov, V. D., Semenov, A. Yu., and Skulachev, V. P. (1986) Effects of electron donors and acceptors on the kinetics of the photoelectric responses in Rhodospirillum rubrum and Rhodopseu-domas sphaeroides chromatophores, Biochim. Biophys. Acta, 850, 1-9, https://doi.org/10.1016/0005-2728(86)90002-2.
- Drachev, L. A., Kaurov, B. S., Mamedov, M. D., Mulkidjanian, A. Ya., Semenov, A. Yu., Shinkarev, V. P., Skulachev, V. P., and Verkhovsky, M. I. (1989) Flash-induced electrogenic events in the photosynthetic reaction center and bc1 complexes of Rhodobacter sphaeroides chromatophores, Biochim. Biophys. Acta, 973, 189-197, https://doi.org/10.1016/S0005-2728(89)80421-9.
- Jackson, J. B., and Crofts, A. R. (1971) The kinetics of light induced carotenoid changes in Rhodopseudomonas sphaeroides and their re-lation to electrical field generation across the chromatophore membrane, Eur. J. Biochem., 18, 120-130, https://doi.org/10.1111/j.1432-1033.1971.tb01222.x.
- Drachev, L. A., Kaulen, A. D., Semenov, A. Y., Severina, I. I., and Skulachev, V. P. (1979) Lipid-impregnated filters as a tool for studying the electric current-generating proteins, Anal. Biochem., 96, 250-262, https://doi.org/10.1016/0003-2697(79)90580-3.
- Skulachev, V. P. (1982) A single turnover study of photoelectric current-generating proteins, Methods Enzymol., 88, 35-45, https://doi.org/10.1016/0076-6879(82)88010-5.
- Jackson, J. B., and Crofts, A. R. (1969) Bromothymol blue and bromocresol purple as indicators of pH changes in chromatophores of Rhodospirillum rubrum, Eur. J. Biochem., 10, 226-237, https://doi.org/10.1111/j.1432-1033.1969.tb00678.x.
- Witt, H. T. (1979) Energy conversion in the functional membrane of photosynthesis. Analysis by light pulse and electric pulse methods. The central role of the electric field, Biochim. Biophys. Acta, 505, 355-427, https://doi.org/10.1016/0304-4173(79)90008-9.
- Malferrari, M., Malferrari, D., Francia, F., Galletti, P., Tagliavini, E., and Venturoli, G. (2015) Ionic liquids effects on the permeability of photosynthetic membranes probed by the electrochromic shift of endogenous carotenoids, Biochim. Biophys. Acta, 1848, 2898-2909, https://doi.org/10.1016/j.bbamem.2015.09.006.
- Saphon, S., Jackson, J. B., and Witt, H. T. (1975) Electrical potential changes, H+ translocation and phosphorylation induced by short flash excitation in Rhodopseudomonas sphaeroides chromatophores, Biochim. Biophys. Acta, 408, 67-82, https://doi.org/10.1016/0005-2728(75)90159-0.
- Gibasiewicz, K., and Pajzderska, M. (2008) Primary radical pair P+H– lifetime in Rhodobacter sphaeroides with blocked electron transfer to QA. Effect of o-phenanthroline, J. Phys. Chem. B, 112, 1858-1865, https://doi.org/10.1021/jp075184j.
- Okamura, M. Y., Feher, G., and Nelson, N. (1982) Reaction centers, in Photosynthesis Energy conversion by plants and bacteria, (Go-vindjee, ed.) Vol. 1, Acad. Press, N-Y – London – Paris, pp. 197-254.
- Li, J., Gilroy, D., Tiede, D. M., and Gunner, M. R. (1998) Kinetic phases in the electron transfer from P+QA–QB to P+QAQB– and the as-sociated processes in Rhodobacter sphaeroides R-26 reaction centers, Biochemistry, 37, 2818-2829, https://doi.org/10.1021/bi971699x.
- Pingale, S. S., Ware, A. P., and Gadre, S. R. (2018) Unveiling electrostatic portraits of quinones in reduction and protonation states, J. Chem. Sci., 130, 50, https://doi.org/10.1007/s12039-018-1450-3.
- Takahashi, E., and Wraight, C. A. (1996) Potentiation of proton transfer function by electrostatic interactions in photosynthetic reaction centers from Rhodobacter sphaeroides: first results from site-directed mutation of the H subunit, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 93, 2640-2645, https://doi.org/10.1073/pnas.93.7.2640.
- Gunner, M. R., Madeo, J., and Zhu, Z. (2008) Modification of quinone electrochemistry by the proteins in the biological electron transfer chains: examples from photosynthetic reaction centers, J. Bioenerg. Biomembr., 40, 509-519, https://doi.org/10.1007/s10863-008-9179-1.
- Okamura, M. Y., Paddock, M. L., Graige, M. S., and Feher, G. (2000) Proton and electron transfer in bacterial reaction centers, Biochim. Biophys. Acta, 1458, 148-163, https://doi.org/10.1016/S0005-2728(00)00065-7.
- Scheiner, S., and Hillenbrand, E. A. (1985) Modification of pK values caused by change in H-bond geometry, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 82, 2741-2745, https://doi.org/10.1073/pnas.82.9.274.
- Nagy, L., Milano, F., Dorogi, M., Agostiano, A., Laczkó, G., Szebényi, K., Váró, G., Trotta, M., and Maróti, P. (2004) Protein/lipid inter-action in the bacterial photosynthetic reaction center: phosphatidylcholine and phosphatidylglycerol modify the free energy levels of the quinones, Biochemistry, 43, 12913-12923, https://doi.org/10.1021/bi0489356.
- Chernysheva, M. G., Shnitko, A. V., Skrabkova, H. S., and Badun, G. A. (2021) Peculiarities of alkylamidopropyldimethylbenzylammo-nium (miramistin) in the relationship to lysozyme in comparison with quaternary ammonium surfactants: coadsorption at the interfaces, enzymatic activity and molecular docking, Colloids Surf. A, 629, 127503, https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2021.127503.
- Rzycki, M., Drabik, D., Szostak-Paluch, K., Hanus-Lorenz, B., and Kraszewski, S. (2021) Unraveling the mechanism of octenidine and chlorhexidine on membranes: does electrostatics matter? Biophys. J., 120, 3392-3408, https://doi.org/10.1016/j.bpj.2021.06.027.
- Malanovic, N., Ön, A., Pabst, G., Zellner, A., and Lohner, K. (2020) Octenidine: novel insights into the detailed killing mechanism of Gram-negative bacteria at a cellular and molecular level, Int. J. Antimicrob. Agents, 56, 10646, https://doi.org/10.1016/j.ijantimicag.2020.106146.
- Osmanov, A., Farooq, Z., Richardson, M. D., and Denning, D. W. (2020) The antiseptic miramistin: a review of its comparative in vitro and clinical activity, FEMS Microbiol. Rev., 44, 399-417, https://doi.org/10.1093/femsre/fuaa012.
Дополнительные файлы


