Protein controlled proton transfer.  Page description

Help  Print 
Back »
 

Details of project

  
Identifier
42680
Type K
Principal investigator Maróti, Péter
Title in Hungarian Protontranszfer fehérjében.
Title in English Protein controlled proton transfer.
Panel Molecular and Structural Biology and Biochemistry
Department or equivalent Department of Medical Physics and Informatics (University of Szeged)
Participants Filus, Zoltán
Gerencsér, László
Kálmán, László
Laczkó, Gábor
Rinyu, László
Tandori, Júlia
Starting date 2003-01-01
Closing date 2006-12-31
Funding (in million HUF) 12.784
FTE (full time equivalent) 0.00
state closed project





 

Final report

  
Results in Hungarian
A protonok vezetése kulcsfontosságú számos membrán-csatorna és energiaátalakító fehérje működésében. A fotoszintetizáló baktériumok reakciócentrumával elvégzett vizsgálatainkból kiindulva próbáltuk megérteni azokat az alapelveket, amelyeket a Természet alkotott, és használ a nagy hatótávolságú protontranszfer során. Megértettük, hogy a protonokat a hidrogen-hídakkal hálózatba szerveződött aminosavak és protonált vízmolekulák (Eigen- és Zünder-ionok) veszik fel, vezetik és adják le a fehérje jól meghatározott részein. Az ilyen hálózatok képesek a protonokat időlegesen tárolni is, és szükség esetén innen felhasználni (“proton-szivacs” koncepció). A proton-klaszter elemei között nagy (60 meV) a kölcsönhatási energia , és ezek együttesen, nem-kooperatív módon veszik fel (adják le) a protonokat. Kimutattuk, hogy ez a proton-hálózat az egész citoplazmikus térrészre kiterjed. Ez a szerveződés és működési elv általános lehet az élőlényekben, mert hasonló protonvezetés figyelhető meg más energia-átalakító fehérjében is (bakteriorodopszin, citokróm c oxidáz, emberi szén anhidráz stb.). A protonok a fehérje jól meghatározott proton-kapuin keresztül vétetnek fel, ill. adódnak le, amely kapukat és protonvezetési utakat a fehérje elektrosztatikája és mozgása (dinamikája) irányítja. A munkánk eredményeivel közelebb jutottunk annak megértéséhez, milyen elvek alapján működik élő rendszerben a protonvezetés, és esélyt látunk arra, hogy ennek felhasználásával mesterségesen protonvezetési molekuláris rendszereket tervezzünk.
Results in English
Transfer and transport of protons are key processes in several membrane channels and bioenergetic proteins. Based on studies of light-induced proton uptake and release in reaction center (RC) protein of photosynthetic bacteria, an attempt is made to draw some conclusions about how Nature designs long distance, proton transport functionality. The proton is conducted through hydrogen bonded chains of amino acids and protonated water (Zündel and Eigen ions) and can be even stored in this network (“proton sponge”) for later use. The interaction energy among the constituents of the cluster is larger (in the range of 60 meV) than supposed earlier by electrostatic calculations and FTIR measurements. The uptake and conduction of protons in the cluster are collective and non-cooperative process. The network extends through the whole cytoplasmic side of the RC protein. We prefer the prevalence of protonated water rather than amino acid hydrogen bonded chains in the proton conduction as revealed by investigations of numerous site directed mutants of the RC and other proton (water) translocating biomolecules like (aquaporin), bacteriorhopsin, cytochrome c oxidase and human carbonic anhydrase. We could demonstrate that the uptake and release of protons occurred through well defined gates and could be controlled (facilitated or blocked) by electrostatics and dynamics of the protein. We came closer to understand the design of the natural system and got the chance to start to construct artificial proton translocating molecular systems.
Full text http://real.mtak.hu/739/
Decision
Yes





 

List of publications

  
Francesco Milano, László Gerencsér, Angela Agostiano, Livia Giotta, László Nagy, Massimo Trotta, Péter Maróti: Kinetics of proton uptake during photocycle of reaction center of photosynthetic bacteria, Photosynthesis: Fundamental Aspects to Global Perspectives (Eds.: A van der Est and D. Bruce). pp. 213-215, 2005
Maróti Péter és Gerencsér László: Protonvezetés fehérjékben, Magyar Tudomány, 2006/5, 575-578, 2006
Tandori J; Tokaji Zs; Misurda K; Maróti P: Thermal stability of the different redox, 10th European Conference on the Spectroscopy of Biological Molecules, Szeged, 2003. Aug. 30.-Sept. 4., 2003
Nagy L; Milano F; Dorogi M; Trotta M; Laczkó G; Szebényi K; Váró G; Agostiano A; Maróti P: Protein/lipid interaction in the bacterial photosynthetic reaction center: Phoshatidylcholine and phoshatidylglycerol modify the free energy levels of the quinones, Biochemistry 43 12913-12923, 2004
Rinyu L; Filus Z; Takahashi E; Wraight CA; Laczkó G; Maróti P: Delayed Fluorescence from reaction center protein of photosynthetic bacteria, 10th European Conference on the Spectroscopy of Biological Molecules, Szeged, 2003. Aug. 30.-Sept. 4., 2003
Gerencsér L; Maróti P: Rate limiting steps in the photocycle of reaction center protein of photosynthetic bacteria, 10th European Conference on the Spectroscopy of Biological Molecules, Szeged, 2003. Aug. 30.-Sept. 4., 2003
Filus Z; Laczkó G; Wraight CP; Maróti P: Delayed fluorescence from the photosynthetic reaction center measured by electronic gating of the photomultiplier, Biopolymers Vol 74 Issue 1-2 pp 92-95, 2004
L Gerencsér; P Maróti: Anomalous acceleration of the photosynthetic reaction centers inhibited on the acceptor side, Biopolymers Vol 74 Issue 1-2 pp 96-99, 2004
Rinyu L; Martin EW; Takahashi E; Maróti P; Wraight CA: Modulation of the free energy of the primary quinone acceptor (QA) in reaction centers from Rhodobacter sphaeroides: contributions from the protein and protein-lipid (cardiolipid) interactions, BBA 1655 93-101, 2004
Gerencsér L; Rinyu L; Kálmán L; Takahashi E; Wraight CA; Maróti P: Competitive binding of quinone and antibiotic stigmatellin to reaction centers of photosynthesis bacteria., Acta Biologica Szegediensis Vol 48(1-4): 25-33, 2004
Wraight CA; Maróti P: Temperature dependence of the 2nd electron transfer in, Biophys J 86 (1) 148A-148A Part 2, 2004
Milano F; Gerencsér L; Agostiano A; Giotta L; Nagy L; Trotta M; és Maróti P: Kinetics of proton uptake during photocycle of reaction center of photosynthetic bacteria, Proceedings of the Congress of Photosynthesis, XIII. Nemzetközi Fotoszintézis Kongresszus, Montreal, 2004
Massimo Trotta, Francesco Milano, Márta Dorogi, Angela Agostiano, Gábor Laczkó, Kornélia Szebényi, György Váró, Péter Maróti, László Nagy: Protein/lipid interaction in bacterial photosynthetic reaction center: the role of phosphatidylcholine and phoshadidylglycerol in charge stabilization, Photosynthesis: Fundamental Aspects to Global Perspectives (Eds.: A van der Est and D. Bruce). pp. 194-196, 2005
László Gerencsér, Péter Maróti: Unstable semiquinone in photosynthetic reaction center, Acta Biologica Szegediensis, Vol. 49 (1-2), 187-190, 2005
Tandori Júlia, Derrien Valerie, Maróti Péter, Pierre Sebban: A vas-ligandum szerepe a bakteriális reakciócentrum fény-indukált protonfelvételében, A Magyar Biofizikai Társaság XXII. Kongresszusa, Debrecen, 97. old., 2005
Maróti Péter, Gerencsér László, Takahashi Eiji, Valerie Derrien, Pierre Sebban, Colin A. Wraight: Molekuláris voltmérő a fehérjék belső elektromos feszültségének mérésére, A Magyar Biofizikai Társaság XXII. Kongresszusa, Debrecen, 41. old, 2005
László Gerencsér, Péter Maróti: Uncoupling of Electron and Proton Transfers in Photocycle of Bacterial Reaction Centers under High Light Intensity, Biochemistry, 45, 5650-5662, 2006
Júlia Tandori, Zsolt Tokaji, Katalin Misurda, Péter Maróti: Thermodynamics of Light-induced and Thermal Degradation of Bacteriochlorins in Reaction Center Protein of Photosynthetic Bacteria, Photochemistry and Photobiology, 81, 1518-1525, 2005
Francesco Milano, Márta Dorogi, Kornélia Szebényi, László Nagy, Péter Maróti, György Váró, Livia Giotta Angela Agostiano and Massimo Trotta: Enthalpy/entropy driven activation of the first interquinone electron transfer in bacterial photosynthetic reaction centers embedded in vesicles of physiologically import, Bioelectrochemistry, 70, 18–22, 2007
Márta Dorogi, Francesco Milano, Kornélia Szebényi, György Váró, Massimo Trotta, Angela Agostiano, Péter Maróti, László Nagy: Reation Centers in Lipids, Acta Biologica Szegediensis, Vol. 49 (1-2), 195-197, 2005
Francesco Milano, László Gerencsér, Angela Agostiano, László Nagy, Massimo Trotta and Péter Maróti: Mechanism of quinol oxidation by ferricenium produced by light excitation in reaction centers of photosynthetic bacteria., Journal of Physical Chemistry, B (in press), 2007
Hélène Cheap, Julia Tandori, Valérie Derrien, Mireille Benoit, Pedro de Oliveira, Juergen Koepke, Jérőme Lavergne, Peter Maróti and Pierre Sebban: Evidence for delocalized anticooperative flash induced proton binding as revealed by mutants at the M266His iron ligand in bacterial reaction centers., Biochemistry, (in press), 2007
Dorogi, M.; Bálint, Z.; Mikó, Cs.; Vileno, B.; Milas, M.; Hernádi, K.; Forró, L.; Váró, Gy.; Nagy, L.: Stabilization Effect of Single-Walled Carbon Nanotubes on the Functioning of Photosynthetic Reaction Centers, J. Phys. Chem. B , 110 (43), 21473-21479, 2006




 

Events of the project

  
2014-11-24 11:44:49
Kutatóhely váltás
A kutatás helye megváltozott. Korábbi kutatóhely: Biofizikai Tanszék (Szegedi Tudományegyetem), Új kutatóhely: Orvosi Fizikai és Orvosi Informatikai Intézet (Szegedi Tudományegyetem).



Back »