Катионные антисептики нарушают функционирование акцепторного участка электрон-транспортной цепи в фотосинтетических реакционных центрах пурпурных бактерий Cereibacter sphaeroides

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

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 QА и QB, 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 QА на QB о-фенантролином эффект исчезал. Высказано предположение о том, что катионные антисептики стимулируют протонирование QB с образованием нейтрального комплекса QBН+.

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

  1. 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.
  2. 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.
  3. 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.
  4. 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.
  5. 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.
  6. 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.
  7. 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.
  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.
  9. 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.
  10. 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.
  11. 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.
  12. 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.
  13. 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.
  14. 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.
  15. 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.
  16. Захарова Н.И., Чурбанова И.Ю. (2000) Методы получения реакционных центров фотосинтезирующих пурпурных бактерий, Био-химия, 65, 181-193.
  17. 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.
  18. 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.
  19. 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.
  20. 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.
  21. 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.
  22. 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.
  23. 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.
  24. 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.
  25. 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.
  26. 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.
  27. 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.
  28. 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.
  29. 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.
  30. 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.
  31. 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.
  32. 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.
  33. 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.
  34. 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.
  35. 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.
  36. 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.
  37. 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.
  38. 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

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML

© Российская академия наук, 2025

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».