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Naveke, Arne
Commissariat a l'Energie Atomique - CEA, Centre d'Etudes de Saclay, Departement de Biologie Cellulaire et Moleculaire, D.B.C.M., Section de Biophysique des Proteines et des Membranes, S.B.P.M., Equipe Raman (France); Universite (France); Fakultaeat fuer Biologie der Ludwig-Maximilians-Universitaet, Botanischen Instituts, Muenchen (Germany)1998
Commissariat a l'Energie Atomique - CEA, Centre d'Etudes de Saclay, Departement de Biologie Cellulaire et Moleculaire, D.B.C.M., Section de Biophysique des Proteines et des Membranes, S.B.P.M., Equipe Raman (France); Universite (France); Fakultaeat fuer Biologie der Ludwig-Maximilians-Universitaet, Botanischen Instituts, Muenchen (Germany)1998
AbstractAbstract
[en] Light collecting complexes (antennas) in membranes of photosynthetic bacteria and plants capture solar light during photosynthesis and transmit the excitation energy to the reaction centre where it is transformed into energy which can be used by the organism. Antennas and reaction centres are made of polypeptides and pigments (bacterio-chlorophylls) which have a crucial role in solar energy capture, but also in subsequent energy transfers. Whereas three-dimensional structures of some antennas and reaction centres are already known with a high resolution, there is almost no quantitative data on interactions between polypeptides and pigments which however confer their specificity to these complexes. A possibility to obtain such data is to introduce chemically modified pigments within antennas and reaction centres. In this research thesis, some metallo-bacteriopheophytins a have been synthesized and studied by Fourier transform Raman spectroscopy. Vibrations modes have been studied. A process of exchange of the bacterio-chlorophyll a in the LHI antenna of the Rhodospirillum rubrum purple bacteria has been developed to obtain a good efficiency in antennas containing zinc-bacterio-pheophytin a and nickel-bacterio-pheophytin a, as well as bacterio-pheophytin a. Absorption spectra are discussed as well as the occurring relationships between complexes, and the extent of the occurring exchange
[fr]
Les complexes collecteurs de lumieres (antennes) dans les membranes des bacteries photosynthetiques et des plantes captent la lumiere solaire lors de la photosynthese et transmettent l'energie d'excitation au centre reactionnel ou elle sera transformee en energie utilisable pour l'organisme. Les antennes et les centres reactionnels sont composes de polypeptides et de pigments ((bacterio)chlorophylles): ces pigments participent de maniere cruciale a la capture de l'energie solaire mais aussi aux transferts d'energie qui s'en suivent. Alors que les structures tridimensionnelles de quelques antennes et centres reactionnels sont deja connues avec une grande resolution, il n'y a quasiment pas de donnees quantitatives sur les interactions entre les polypeptides et les pigments qui conferent pourtant a ces complexes leur specificite. Une possibilite pour obtenir de telles donnees est l'introduction de pigments chimiquement modifies au sein des antennes et des centres reactionnels. Dans le cadre de ce travail quelques metallo-bacteriopheophytines a furent synthetisees (elles contiennent a la place de l'ion magnesium (II) des bacteriochlorophylles a d'autres ions metalliques) et firent etudiees par la spectroscopie Raman de pre-resonnance a transformee de Fourier. Six modes de vibration purent ainsi etre attribues dont les frequences dependent lineairement de la taille du cycle conjugue de ces molecules. A partir de cette dependance la taille du cycle de cobalt-bacteriopheophytine a fut estime a 1,971 ± 0,019 A. La taille du cycle influence la conformation des pigments et ainsi ces six modes de vibration permettent l'etude de la conformation des pigments dans les antennes et les centres reactionnels. L'etude de quatre modes a montre que la bacteriochlorophylle a et la zinc-bacteriopheophytine a ont, dans les antennes des bacteries pourpres, des tailles de cycle identiques et prennent des conformations similaires a celles observees dans le diethylether ou le tetrahydrofurane respectivement. Un ou deux modes de vibration sont apparemment influences dans les proteines photosynthetiques par d'autres facteurs que la taille du cycle et possedent de frequences characteristiques. Un procede non denaturant d'echange de la bacteriochlorophylle a dans l'antenne LH I de la bacterie pourpre Rhodospirillum rubrum contre des metallo-bacteriopheophytines a et d'autres pigments chimiquement modifies a ete mis au point. Il permet d'obtenir avec un bon rendement des antennes contenant de la zinc-bacteriopheophytine a et de la nickel-bacteriopheophytine a ainsi que de la bacteriopheophytine a. Les spectres d'absorption de ces antennes seront presentes et discutes. Le procede d'echange fut utilise pour determiner les constantes d'affinites relatives (par rapport a la bacteriochlorophylle a) des deux polypeptides constituant ces antennes avec la zinc-bacteriopheophytine a, la nickel-bacteriopheophytine a et la bacteriopheophytine a. Un des polypeptides de l'antenne lie la zinc-bacteriopheophytine a 25 fois mieux que la bacteriochlorophylle a, et l'autre deux fois plus faiblement. La nickel-bacteriopheophytine a, jusqu'a une portion de 25 pc dans l'antenne, est lie presque aussi fortement que la bacterio- chlorophylle a puis l'affinite augmente nettement. Les deux polypeptides lient la bacterio- pheophytine a aussi bien que la bacteriochlorophylle a. Ces resultats signifient que la coordination de l'ion magnesium (II) par un acide amine ne joue pas un role predominant pour la liaison de la bacteriochlorophylle a avec les polypeptides des antennes. Il semble plutot que la somme de nombreuses interactions apportant chacune une petite contribution est decisive. L'ion metallique peut influencer ces interactions indirectement par la distance aux ligands et la conformation des pigments. L'echange de 90 pc de la bacteriochlorophylle a dans l'antenne LH I contre la zinc-bacteriopheophytine a a rendu sa sous-unite B820 plus stable comme le montre le calcul de l'enthalpie standard. Les differences sont significatives mais pas drastiques et sont en bon ac cord avec les resultats obtenus par la comparaison des constantes d'affinite relatives: les interactions entre l'ion magnesium (II) et son ligand axial contribuent manifestement plutot moderement et de plus indirectement a la stabilisation de B820. Pour controler ces theses de maniere critique, nous disposons d'autres metallo-bacteriopheophytines a. Parmi elles figurent la 3"1-hydroxy- et la 3-vinyl-bacteriochlorophylle a qui permettront d'estimer la contribution d'une liaison hydrogene entre le pigment et le polypeptide, ainsi que la 17"4-methyl-bacteriochlorophylle a qui permettra d'estimer la contribution des contacts de Van-der-Waals entre la chaine geranyl-geranyl des pigments et les polypeptides. Ce travail est en cours et est base sur les resultats presentes ici. (auteur)Original Title
Pigmentaustausch im Lichtsammlerkomplex des Purpurbakteriums Rhodospirillum rubrum und Fourier-Transform-Raman-Spektroskopie an Metallo-Bakteriophaophytinen a - Echange de pigments dans le complexe collecteur de lumiere de la bacterie pourpre Rhodospirillum rubrum et spectroscopie Raman a transformee de Fourier sur des metallo-bacteriopheophytines a
Primary Subject
Source
Mar 1998; 214 p; 240 refs.; Available from the INIS Liaison Officer for France, see the 'INIS contacts' section of the INIS website for current contact and E-mail addresses: http://www.iaea.org/inis/Contacts/; Dissertation zur Erlangung des Doktorgrades der Fakultaeat fuer Biologie der Ludwig-Maximilians-Universitaet in Muenchen
Record Type
Miscellaneous
Literature Type
Thesis/Dissertation
Report Number
Country of publication
ABSORPTION SPECTRA, CHLOROPHYLL, ELECTRON EXCHANGE, FOURIER TRANSFORMATION, INTERACTIONS, NICKEL COMPLEXES, ORGANOMETALLIC COMPOUNDS, OSCILLATION MODES, PHOTOSYNTHESIS, PHOTOSYNTHETIC MEMBRANES, PHOTOSYNTHETIC REACTION CENTERS, POLYPEPTIDES, QUANTITATIVE CHEMICAL ANALYSIS, RAMAN SPECTROSCOPY, RHODOSPIRILLUM, SOLAR ENERGY CONVERSION, VIBRATIONAL STATES, ZINC COMPLEXES
BACTERIA, CARBOXYLIC ACIDS, CHEMICAL ANALYSIS, CHEMICAL REACTIONS, COMPLEXES, CONVERSION, ELECTRON TRANSFER, ENERGY CONVERSION, ENERGY LEVELS, EXCITED STATES, HETEROCYCLIC ACIDS, HETEROCYCLIC COMPOUNDS, INTEGRAL TRANSFORMATIONS, LASER SPECTROSCOPY, MEMBRANES, MICROORGANISMS, ORGANIC ACIDS, ORGANIC COMPOUNDS, ORGANIC NITROGEN COMPOUNDS, PEPTIDES, PHOTOCHEMICAL REACTIONS, PHOTOSYNTHETIC BACTERIA, PHYTOCHROMES, PIGMENTS, PORPHYRINS, PROTEINS, SPECTRA, SPECTROSCOPY, SYNTHESIS, TRANSFORMATIONS, TRANSITION ELEMENT COMPLEXES
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