Examensarbete i kemi, naturvetenskapliga fakulteten, Lunds universitet
Svårfångade signaler
Michael Arnvaller
LUND Vid en studie, utförd på avdelningen för Biokemi vid Lunds Universitet, har forskare
försökt att komma ett steg närmare lösningen på gåtan om hur fotosyntesen hos växter
fungerar. Genom att använda sig av metoden EPR (Electron Paramagnetic Resonance)
spektroskopi, med vilken t.ex. oparade elektroner från radikaler och övergångsmetaller kan
studeras, har de kunnat mäta de förändringar som sker hos växterna vid sönderdelningen av
vatten till väte och syre. Denna process äger rum i proteinkomplexet Fotosystem II (FSII) som
finns i tylakoidmembranet inuti växternas kloroplaster. I processen ingår framförallt fem
komponenter; Ett mangankomplex (bestånde av fyra manganjoner), kofaktorerna kalcium och
klorid, tyrosin Z (en aminosyra i FSII) samt P680 (en uppsättning klorofyll a-molekyler). De
fyra första komponenterna bildar OEC (Oxygen Evolving Complex). Den viktigaste
händelsen vid sönderdelningen av vatten är frigörandet av vätejoner, även kallade protoner,
och elektroner! Dessa överförs från vattnet till mangankomplexet och vidare via tyrosin Z till
P680. För att kunna sönderdela vattnet till väte och syre krävs dock en mycket hög så kallad
reduktionspotential. Denna erhålls då P680 träffas av fotoner från solljuset och blir
energirikare.
För att en syrgasmolekyl skall bildas måste fyra elektroner överföras från mangan-komplexet
till P680. Detta sker i en process som kallas S-cykeln, vilken (=pil) S4. Vid→(=pil) S3
→(=pil) S2 →(=pil) S1 →består av de fyra stegen S0 varje steg frigörs förutom elektronerna
även protoner, och syrgas bildas vid (=pil) S0.→övergången S4
Studien gick ut på att undersöka effekten av olika pH på de två hittills kända EPR-signalerna i
tillståndet S1 i S-cykeln, ett mörkerstabilt tillstånd. Båda signalerna har tidigare upptäckts i
spenatpreparationer av FSII-rika tylakoidmembran; den ena signalen i intakta FSII-membran
och den andra i FSII-membran utan de två FSII-proteinerna 23 kDa och 17 kDa. Resultatet av
studien blev att S1-signaler, liknande de två kända upptäcktes! De funna signalerna var dock
svåra att reproducera, vilket försvårade möjligheterna att göra pH-studier. Emellertid kunde
en sådan studie genomföras på en av S1-signalerna, vilken påvisade att tillståndet S1 endast
var marginellt påverkat av pH. Detta resultat var mycket intressant eftersom tidigare pHstudier på EPR-signaler i tillstånden S0 och S2 visat på klar påverkan av pH!
Swedish official title: Effekten av pH på tillståndet S1 i S-cykeln i Fotosystem II
Swedish credits: 20p
E-mail address of first author: [email protected]
Supervisor: Stenbjörn Styring, Fikret Mamedov and Ping Huang Kenéz, Department of
Biochemistry, Center for Chemistry and Chemical Engineering, Lund University
Submission date/time: 2001-08-16
Examensarbete i kemi, naturvetenskapliga fakulteten, Lunds universitet
pH dependence studies of the S1-state of the oxygen-evolving
complex in Photosystem II
Michael Arnvaller
Chemistry, Biochemistry
Spring 2001
Abstract in English
The pH effect on the two different S1-state EPR signals from the water-oxidizing complex of
Photosystem II was studied by parallel polarization CW-EPR spectroscopy. The following
results were obtained:
1) An S1-state “multiline” signal was found in a PS II preparation, depleted of the 23 and 17
kDa extrinsic proteins. This signal was similar to the published one (ref. 12) and displayed at
least 13 hyperfine lines with an average splitting of 39 Gauss. pH dependence studies of the
“multiline” signal showed that the S1-state only was marginally affected by pH.
2) Dark minus light spectra gave rise to a broad S1-state signal with a g value of about 4.6 and
with a peak-to-trough width of about 1150 Gauss. This signal was found in an intact PS II
preparation, dissolved in a 50% glycerol containing buffer. The found signal was broader than
the published one (ref. 32), but with a similar shape. pH dependence studies of the S1- minus
S2-state signal gave rise to three different signal features at pH 4.3, 6.0 and 8.4. The published
signal wasn´t found at the time.
