Informace o kvalifikační práci Vliv strukturní integrity komplexu vyvíjejícího kyslík na organizaci fotosystému II v tylakoidní membráně mutanta ječmene viridis zb63
- Všechny požadované údaje o této VŠKP jsou vyplněny.
Hlavní téma
Vliv strukturní integrity komplexu vyvíjejícího kyslík na organizaci fotosystému II v tylakoidní membráně mutanta ječmene viridis zb63
Hlavní téma v angličtině
The effect of structural integrity of oxygen evolving complex on the organization of photosystem II in thylakoid membrane of barley viridis zb63 mutant
Název dle studenta
Vliv strukturní integrity komplexu vyvíjejícího kyslík na organizaci fotosystému II v tylakoidní membráně mutanta ječmene viridis zb63
Název dle studenta v angličtině
The effect of structural integrity of oxygen evolving complex on the organization of photosystem II in thylakoid membrane of barley viridis zb63 mutant
Tato práce se zabývá vlivem komplexu vyvíjející kyslík (OEC) na srukturní integritu fotosystému II (PSII) a jeho organizaci v tylakoidní membráně rostlin. Teoretická část pojednává o struktuře, funkci a organizaci PSII v tylakoidních membránách rostlin a o vlivu OEC na strukturu PSII. Teoretická část se dále zabývá charakteristikou mutanta ječmene setého viridis zb63 a metodami obrazové analýzy snímků z elektronového mikroskopu.
V experimentální části práce je studován vliv strukturní integrity OEC na stabilitu PSII a jeho formování do semikrystalických domén v izolovaných tylakoidních membránách ječmene setého (Hordeum vulgare) a mutanta ječmene viridis zb63 pomocí transmisní elektronové mikroskopie a jednočásticové obrazové analýzy a dále bezbarvé nativní polyakrylamidové gelové elektroforézy (CN-PAGE). Z provedených experimentů vyplývá, že PSII vykazuje náhodné uspořádání téměř ve všech snímcích granálních membrán ječmene setého. Vlivem chemického odstranění OEC dochází k rozpadu superkomplexů PSII. V granálních membránách mutanta ječmene viridis zb63, který se vyznačuje krystalickým uspořádáním PSII v membránách, byl po chemickém odstranění pozorován rozpad superkomplexů PSII a zároveň výrazný pokles krystalického uspořádání v membránách. Z obrazové analýzy bylo zjištěno, že chemické odstranění OEC v granálních membránách mutanta ječmene viridis zb63 vedlo k jinému typu krystalického uspořádání superkomplexů PSII. Výsledky práce ukazují, že strukturní celistvost OEC je důležitá pro stabilitu PSII a uspořádávání PSII do semikrystalických domén v membránách.
Anotace v angličtině
This work deals with an effect of structural integrity of oxygen evolving complex (OEC) on a higher organization of Photosystem II (PSII) in the thylakoid membrane of green plants. The theoretical part primarily deals with a composition, function and structure of PSII in the thylakoid membrane of higher plants and deals with an effect of structural integrity on a structure of PSII and thylakoid membranes. The theoretical part also includes a characteristics of barley viridis zb63 mutant and methods of image processing in electron microscopy are introduced.
In the experimental part of the work the effect of structural integrity of OEC on the stability of PSII and its ability to form 2D semi-crystalline domains in the isolated thylakoid membrane from barley (Hordeum vulgare) and from barley mutant viridis zb63 is studied using transmission electron microscopy and single particle analysis and clear-native polyacrylamide gel electrophoresis. The performed experiments show that the PSII organization in grana membranes from barley is predominantly random. The PSII supercomplex is disintegrated by effect of chemically removed OEC. In the grana membranes of barley viridis zb63 mutant, which forms the 2D crystalline array of PSII in membrane, disintegration of PSII supercomplex and also the decrease of crystalline organization of PSII was observed after chemical removing OEC. Single particle analysis revealed that chemical removing OEC in grana membranes of barley viridis zb63 mutant led to another type of packing of the PSII supercomplexes. Results of this work show that structural integrity of PSII supercomplexes is important for stability and formation of semi-crystaline domain of PSII in the membranes.
Klíčová slova
fotosystém II, komplex vyvíjející kyslík, mutant ječmene viridis zb63, transmisní elektronová mikroskopie, bezbarvá nativní polyakrylamidová gelová elektroforéza, jednočásticová obrazová analýza
Klíčová slova v angličtině
photosystem II, oxygen evolving complex, barley viridis zb63 mutant, transmission electron microscopy, clear-native polyacrylamide gel electrophoresis, single particle analysis
Rozsah průvodní práce
65
Jazyk
CZ
Anotace
Tato práce se zabývá vlivem komplexu vyvíjející kyslík (OEC) na srukturní integritu fotosystému II (PSII) a jeho organizaci v tylakoidní membráně rostlin. Teoretická část pojednává o struktuře, funkci a organizaci PSII v tylakoidních membránách rostlin a o vlivu OEC na strukturu PSII. Teoretická část se dále zabývá charakteristikou mutanta ječmene setého viridis zb63 a metodami obrazové analýzy snímků z elektronového mikroskopu.
V experimentální části práce je studován vliv strukturní integrity OEC na stabilitu PSII a jeho formování do semikrystalických domén v izolovaných tylakoidních membránách ječmene setého (Hordeum vulgare) a mutanta ječmene viridis zb63 pomocí transmisní elektronové mikroskopie a jednočásticové obrazové analýzy a dále bezbarvé nativní polyakrylamidové gelové elektroforézy (CN-PAGE). Z provedených experimentů vyplývá, že PSII vykazuje náhodné uspořádání téměř ve všech snímcích granálních membrán ječmene setého. Vlivem chemického odstranění OEC dochází k rozpadu superkomplexů PSII. V granálních membránách mutanta ječmene viridis zb63, který se vyznačuje krystalickým uspořádáním PSII v membránách, byl po chemickém odstranění pozorován rozpad superkomplexů PSII a zároveň výrazný pokles krystalického uspořádání v membránách. Z obrazové analýzy bylo zjištěno, že chemické odstranění OEC v granálních membránách mutanta ječmene viridis zb63 vedlo k jinému typu krystalického uspořádání superkomplexů PSII. Výsledky práce ukazují, že strukturní celistvost OEC je důležitá pro stabilitu PSII a uspořádávání PSII do semikrystalických domén v membránách.
Anotace v angličtině
This work deals with an effect of structural integrity of oxygen evolving complex (OEC) on a higher organization of Photosystem II (PSII) in the thylakoid membrane of green plants. The theoretical part primarily deals with a composition, function and structure of PSII in the thylakoid membrane of higher plants and deals with an effect of structural integrity on a structure of PSII and thylakoid membranes. The theoretical part also includes a characteristics of barley viridis zb63 mutant and methods of image processing in electron microscopy are introduced.
In the experimental part of the work the effect of structural integrity of OEC on the stability of PSII and its ability to form 2D semi-crystalline domains in the isolated thylakoid membrane from barley (Hordeum vulgare) and from barley mutant viridis zb63 is studied using transmission electron microscopy and single particle analysis and clear-native polyacrylamide gel electrophoresis. The performed experiments show that the PSII organization in grana membranes from barley is predominantly random. The PSII supercomplex is disintegrated by effect of chemically removed OEC. In the grana membranes of barley viridis zb63 mutant, which forms the 2D crystalline array of PSII in membrane, disintegration of PSII supercomplex and also the decrease of crystalline organization of PSII was observed after chemical removing OEC. Single particle analysis revealed that chemical removing OEC in grana membranes of barley viridis zb63 mutant led to another type of packing of the PSII supercomplexes. Results of this work show that structural integrity of PSII supercomplexes is important for stability and formation of semi-crystaline domain of PSII in the membranes.
Klíčová slova
fotosystém II, komplex vyvíjející kyslík, mutant ječmene viridis zb63, transmisní elektronová mikroskopie, bezbarvá nativní polyakrylamidová gelová elektroforéza, jednočásticová obrazová analýza
Klíčová slova v angličtině
photosystem II, oxygen evolving complex, barley viridis zb63 mutant, transmission electron microscopy, clear-native polyacrylamide gel electrophoresis, single particle analysis
Zásady pro vypracování
1) Zpracujte přehled o problematice struktury fotosystému II a jeho organizace v tylakoidní membráně, vlivu komplexu vyvíjejícího kyslík na funkci a formování superkomplexů fotosystému II v tylakoidní membráně.
2) Zvládněte metodu izolace granálních membrán z listů ječmene a metodu separace pigment-proteinových komplexů pomocí nativní elektroforézy (CN-PAGE).
3) Optimalizujte protokol inhibice funkce komplexu vyvíjejícího kyslík pomocí biochemické metody.
4) Pořiďte série mikroskopických snímků komplexů fotosystému II v granálních membránách ječmene.
5) Vyhodnoťte a diskutujte obdržené výsledky.
Zásady pro vypracování
1) Zpracujte přehled o problematice struktury fotosystému II a jeho organizace v tylakoidní membráně, vlivu komplexu vyvíjejícího kyslík na funkci a formování superkomplexů fotosystému II v tylakoidní membráně.
2) Zvládněte metodu izolace granálních membrán z listů ječmene a metodu separace pigment-proteinových komplexů pomocí nativní elektroforézy (CN-PAGE).
3) Optimalizujte protokol inhibice funkce komplexu vyvíjejícího kyslík pomocí biochemické metody.
4) Pořiďte série mikroskopických snímků komplexů fotosystému II v granálních membránách ječmene.
5) Vyhodnoťte a diskutujte obdržené výsledky.
Seznam doporučené literatury
Marr K. M., McFeeters R. L., Lyon M. K. (1996) Isolation and structural analysis of two-dimensional crystals of photosystem II from Hordeum vulgare viridis zb63. Journal of Structure Biology 117, 86-98
Kouřil R., Dekker Jan P., Egbert J. Boekema Egbert J. (2012) Supramolecular organization of photosystem II in green plants. Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Bioenergetics 1817, 2-12.
Morosinotto T., Bassi R., Frigerio S., Finazzi G., Morris E., Barber J. (2006) Biochemical and structural analyses of a higher plant photosystem II supercomplex of a photosystem I-less mutant of barley. FEBS Journal 273, 46164630.
Tietz S., Puthiyaveetil S., Enlow H. M., Yarbrough R., Wood M., Semchonok D. A., Lowry T., Li T., Jahns P., Boekema E. J., Lenhert S., Niyogi K. K., Kirchhoff H. (2015) Functional Implications of Photosystem II Crystal Formation in Photosynthetic Membranes. The Journal of Biological Chemistry 290, 14091-14106.
Seznam doporučené literatury
Marr K. M., McFeeters R. L., Lyon M. K. (1996) Isolation and structural analysis of two-dimensional crystals of photosystem II from Hordeum vulgare viridis zb63. Journal of Structure Biology 117, 86-98
Kouřil R., Dekker Jan P., Egbert J. Boekema Egbert J. (2012) Supramolecular organization of photosystem II in green plants. Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Bioenergetics 1817, 2-12.
Morosinotto T., Bassi R., Frigerio S., Finazzi G., Morris E., Barber J. (2006) Biochemical and structural analyses of a higher plant photosystem II supercomplex of a photosystem I-less mutant of barley. FEBS Journal 273, 46164630.
Tietz S., Puthiyaveetil S., Enlow H. M., Yarbrough R., Wood M., Semchonok D. A., Lowry T., Li T., Jahns P., Boekema E. J., Lenhert S., Niyogi K. K., Kirchhoff H. (2015) Functional Implications of Photosystem II Crystal Formation in Photosynthetic Membranes. The Journal of Biological Chemistry 290, 14091-14106.