Disertační práce popisuje vliv reaktivních forem kyslíku na strukturální a funkční změny v PSII-LHCII (fotosystém II s navázanými světlosběrnými komplexy fotosystému II) superkomplexu za působení vysoké ozářenosti. Cílem studie bylo studovat 1) roli volných kyslíkových radikálů na oxidativní poškození PSII, 2) 3D strukturu PSII-LHCII superkomplexu u huseníčku a 3) tvorbu singletního kyslíku během poškození listu. K oxidaci aminokyselin D1 a D2 proteinů dochází v místě tvorby hydroxylového radikálu v blízkosti Mn4O5Ca komplexu a nehemového železa. Charakterizace aminokyselin oxidovaných hydroxylovým radikálem umožní pochopit mechanismus poškození centrálních proteiůn reakčního centra PSII. Pomocí elektronové mikroskopie a jednočásticová analýzy byla charakterizována koordinace chloropfylů na proteiny jednotlivých proteinových komplexů LHCII-PSII superkomplexu. Pomocí těchto strukturálních dat byl navržen možný přenos excitační energie z Lhcb do jádra PSII. Dále je popsána nový mechanismus tvorby singletního kyslíku triplet-tripletním přenosem excitační energie z tripletního karbonylu na molekulární kyslík, který vzniká během lipidové peroxidace při poškození listu.
Anotace v angličtině
This thesis characterizes the role of reactive oxygen species on the structural and functional changes occurring within the photosystem II - light-harvesting complex II (PSII-LHCII) suprecomplex under high light stress. Goal of the study is focused on 1) the role of free oxygen radicals in the oxidative damage of PSII proteins, 2) characterization of a high resolution 3D structure of the PSII-LHCII supercomplex from Arabidopsis, and 3) singlet oxygen formation under leaf wounding. The oxidation of specific amino acid residues of D1 and D2 proteins was shown to nearby to the site of hydroxyl radical formation at both the Mn4O5Ca cluster and the non-heme iron. Using cryo-electron microscopy and single particle analysis, evidence was provided on the coordination of chlorophylls to the protein subunits of PSII-LHCII supercomplex. Based on the structural data, energy transfer pathway from the Lhcb proteins to the PSII core complex was proposed. Apart to well described singlet oxygen formation by triplet-triplet energy transfer from triplet excited chlorophyll to molecular oxygen under high light, singlet oxygen was shown to be formed by triplet-triplet energy transfer from triplet excited carbonyl to molecular oxygen formed by lipid peroxidation.
reactive oxygen species; photosystem II; PSII-LHCII supercomplex; oxidative stress; photoinhibition; electron paramagnetic resonance spectroscopy; confocal laser scanning microscopy; mass spectroscopy; CN-PAGE; electron microscopy.
Rozsah průvodní práce
27
Jazyk
AN
Anotace
Disertační práce popisuje vliv reaktivních forem kyslíku na strukturální a funkční změny v PSII-LHCII (fotosystém II s navázanými světlosběrnými komplexy fotosystému II) superkomplexu za působení vysoké ozářenosti. Cílem studie bylo studovat 1) roli volných kyslíkových radikálů na oxidativní poškození PSII, 2) 3D strukturu PSII-LHCII superkomplexu u huseníčku a 3) tvorbu singletního kyslíku během poškození listu. K oxidaci aminokyselin D1 a D2 proteinů dochází v místě tvorby hydroxylového radikálu v blízkosti Mn4O5Ca komplexu a nehemového železa. Charakterizace aminokyselin oxidovaných hydroxylovým radikálem umožní pochopit mechanismus poškození centrálních proteiůn reakčního centra PSII. Pomocí elektronové mikroskopie a jednočásticová analýzy byla charakterizována koordinace chloropfylů na proteiny jednotlivých proteinových komplexů LHCII-PSII superkomplexu. Pomocí těchto strukturálních dat byl navržen možný přenos excitační energie z Lhcb do jádra PSII. Dále je popsána nový mechanismus tvorby singletního kyslíku triplet-tripletním přenosem excitační energie z tripletního karbonylu na molekulární kyslík, který vzniká během lipidové peroxidace při poškození listu.
Anotace v angličtině
This thesis characterizes the role of reactive oxygen species on the structural and functional changes occurring within the photosystem II - light-harvesting complex II (PSII-LHCII) suprecomplex under high light stress. Goal of the study is focused on 1) the role of free oxygen radicals in the oxidative damage of PSII proteins, 2) characterization of a high resolution 3D structure of the PSII-LHCII supercomplex from Arabidopsis, and 3) singlet oxygen formation under leaf wounding. The oxidation of specific amino acid residues of D1 and D2 proteins was shown to nearby to the site of hydroxyl radical formation at both the Mn4O5Ca cluster and the non-heme iron. Using cryo-electron microscopy and single particle analysis, evidence was provided on the coordination of chlorophylls to the protein subunits of PSII-LHCII supercomplex. Based on the structural data, energy transfer pathway from the Lhcb proteins to the PSII core complex was proposed. Apart to well described singlet oxygen formation by triplet-triplet energy transfer from triplet excited chlorophyll to molecular oxygen under high light, singlet oxygen was shown to be formed by triplet-triplet energy transfer from triplet excited carbonyl to molecular oxygen formed by lipid peroxidation.
reactive oxygen species; photosystem II; PSII-LHCII supercomplex; oxidative stress; photoinhibition; electron paramagnetic resonance spectroscopy; confocal laser scanning microscopy; mass spectroscopy; CN-PAGE; electron microscopy.
Zásady pro vypracování
Systematic work with scientific literature.
Learn biophysical methods.
Oral presentation on the obtained results at Biophysical seminar in English language.
Zásady pro vypracování
Systematic work with scientific literature.
Learn biophysical methods.
Oral presentation on the obtained results at Biophysical seminar in English language.
Seznam doporučené literatury
-
Seznam doporučené literatury
-
Přílohy volně vložené
-
Přílohy vázané v práci
-
Převzato z knihovny
Ano
Plný text práce
Přílohy
Posudek(y) oponenta
Hodnocení vedoucího
Záznam průběhu obhajoby
Student představil své výsledky hormou prezentace trvající 20 minut. Poté školitel studenta přečetl svůj posudek. Následně přečetl posudek 1. oponenta prof. Komendy a student odpověděl na jeho dotazy. Oponent byl s odpovědmi spokojen. Totéž se opakovalo s 2. oponentem Doc. Špundou. Student rovněž odpověděl na dotazy ddoc. pavloviče, prof. ilíka Dr. Kani a Doc. lazára. Z veřejnosti nikdo dotaz nemel. Poté následovalo neveřejné hlasování s výsledkem prospěl, který byl sdělen studentovi.