Биосинтетическое получение аналогов бактериородопсина тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 03.00.23, кандидат химических наук Миронова, Екатерина Валентиновна

• Миронова, Екатерина Валентиновна
• кандидат химических наук
• 2002

Оглавление диссертации кандидат химических наук Миронова, Екатерина Валентиновна

ВВЕДЕНИЕ.

ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ. Галофильные бактерии и бактериородопсин в современной биотехнологии.

1. Галобактерии.

1.1. Применение галофильных бактерий в биотехнологии.

1.2. На1оЪае1вгшт salinarum.

2. Пурпурные мембраны и родопсины галобактерий.

3. Бактериородопсин: структура и функции.

4. Основные способы изменения параметров фотоцикла бактериородопсина.

4.1. Физико-химические воздействия.

4.2. Замена хромофора.

4.3. Точечные замены аминокислот.

5. Техническое применение бактериородопсина.

5.1. Бактериородопсин как фотохромный молекулярный материал.

5.2. Создание голографических изображений на пленках, содержащих бактериородопсин.

5.3. Голографическая интерферометрия.

5.4. Обработка видеоизображений.

5.5. Молекулярная память на основе бактериородопсина.

5.6. Молекулярные фоторецепторы на основе бактериородопсина.

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ И ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ.

1. Выбор объектов исследования.

2. Окислительная модификация триметилциклогексенового кольца ретиноидов.

3. Синтез аналогов ретиналя.

4. Хромофорная полость бактериородопсина.

5. Анализ данных по влиянию точечных мутаций аминокислотной последовательности на свойства бактериородопсина.

6. Аналоги бактериородопсина.

6.1. Культивирование Н. 8а1тагиш.

6.2. Получение аналогов бактериородопсина.

6.3. Стабильность препаратов бактериородопсина при длительном хранении.

6.4. Особенности фотоцикла аналогов бактериородопсина.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ.

1. Синтез аналогов ретиналя.

2. Получение препаратов пурпурных мембран.

3. Получение аналогов бактериородопсина.

ВЫВОДЫ.

БЛАГОДАРНОСТИ.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Биосинтетическое получение аналогов бактериородопсина»

В природе обнаружено достаточно малое количество белков, функции которых связаны с преобразованием световой энергии, однако исключительно важная роль, которую они играют в процессах жизнедеятельности различных организмов, стала причиной повышенного интереса ученых к проблеме их строения и функционирования. По мере исследования свойств и механизма функционирования этих белков, был выявлен ряд особенностей, позволяющих использовать некоторые из них в технических целях, а так же разработан набор методов направленного изменения свойств белка в соответствии с технологическими требованиями.

Одним из наиболее простых и доступных преобразующих свет белков является обнаруженный в пурпурных мембранах (ПМ) галобактерий НЫоЪаМвгшш salinarum (ранее называемых Н. salinarium и Н. На1оЫиш) бактериородопсин (БР). Он был открыт Ое81егИек Б. и 81оескешш Ш. в 1971 году [1]. Экстремальные условия, в которых существует в природе данный вид бактерий (крайне высокая концентрация солей, повышенные температуры и интенсивное солнечное облучение), способствовали отбору белков, обладающих высокой устойчивостью к таким денатурирующим внешним воздействиям.

Хромофором БР является протонированный альдимин ретиналя с е-аминогруппой остатка Ьу8-216. Поглощая квант света, БР претерпевает цикл спектральных переходов (фотоцикл), сопровождающихся изомеризацией белка, депротонированием и репротонированием альдиминной связи и переносом протона.

Фотоцикл БР можно описать следующей последовательностью интермедиатов: В568 ^ ^25 ^ К590 ^ Ь55с ^ М412 ^ N560 ^ Об40 ^ В568.

Уникальная стабильность, в сочетании с наличием фотохромных свойств

БР, наряду с простотой его производства в больших количествах обеспечивают широкий диапазон технических приложений, в которых он может быть использован [2]. Однако на сегодняшний день осуществимы только оптические устройства на основе БР, поскольку их интеграция в современные приборные системы наиболее проста.

Оптические приложения основаны на применении пленок БР -полимерных матриц различного состава с включенными в них молекулами белка. Впервые в мире такие пленки, названные "Биохром", были получены и исследованы в России в рамках проекта "Родопсин" в 1980-х годах. Была продемонстрирована эффективность и перспективность их применения в качестве фотохромных материалов и сред для голографической записи [3].

В последнее десятилетие усилиями ряда исследовательских коллективов достигнут определенный прорыв в использовании препаратов природного и модифицированного БР для создания различных устройств на их основе. Были предложены прототипы трехмерной опто-электронной памяти, фотохромных голографических сред, пространственных модуляторов оптического сигнала и биосенсоров. Одним из практических результатов проводимых в этой области исследований стало то, что в 2001 году фирма Munich Innovative Biomaterials, GmbH (MIB) представила на рынок голографический интерферометр FringeMaker-plus® на основе пленки мутантного BPD96N.

Поскольку на функционирование БР влияет модификация как белковой, так и хромофорной частей, возникает необходимость поиска новых сочетаний модификаций хромофор-белок, позволяющих получить перспективные для технического использования препараты БР. Настоящая работа направлена на реализацию этой задачи, ее целью было комплексное исследование влияния одновременной модификации белковой и хромофорной частей на свойства БР (максимумы поглощения, время регенерации апобелков с аналогами ретиналя, особенности кинетики М-интермедиата фотоцикла и стабильность препаратов).

Диссертационная работа являлась частью плановых исследований по разработке новых оптических материалов на основе аналогов бактериородопсина, проводимых на кафедре биотехнологии МИТХТ им. М.В. Ломоносова совместно с НИИ Физико-химической биологии им. А.Н. Белозерского МГУ, Центром фотохимии РАН, Институтом биохимической физики им. Н.М. Эмануэля РАН, OAO ЦНИТИ "Техномаш" и ФГУП «ГосНИИгенетика». Работа проводится в рамках выполнения грантов РФФИ 0103-32078 и 02-03-06555 и гранта ИНТАС-01-0267.

ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ. Галофильные бактерии и бактериородоисии в современной биотехнологии.

1. Галобактерии.

Галобактерии относят к архебактериям, которые представляют собой совершенно особую линию эволюции, отличающуюся как от прокариот, так и от эукариот. Эти бактерии распространены там, где есть подходящие условия для их роста: высокое содержание NaCl и других необходимых ионов, в соленых природных водоемах, бассейнах для выпаривания соли, белковых материалах (рыба, мясо), консервируемых с помощью соли [3].

В 1960-х годах начались первые эксперименты по культивированию и выделению галофильных бактерий [4-6]. Всего за прошедший период было выделено около 170 природных штаммов. В основном это были умеренно галофильные микроорганизмы, только несколько штаммов оказались экстремальными галофилами [7].

Бактерии, которым для роста необходимо присутствие NaCl, по степени галофильности делят на несколько типов. Наиболее широко используют классификацию по диапазону концентраций NaCl, в котором могут расти данные микроорганизмы, предложенную Kushner D.J. [8]: галотоллерантные (от 0 до 5% NaCl), экстремально галотоллерантные (0 до 15% NaCl), легкие галофилы (около 3% NaCl), умеренные галофилы (от 3 до 15% NaCl), пограничные экстремальные галофилы (>15% NaCl), экстремальные галофилы (около 25% NaCl).

В IX издании определителя бактерий Берджи [9] экстремально галофильные архебактерии объединены в порядок Halobacteriales, семейство Halobacteriaceae, которое включает 6 родов и более 20 видов, различающихся формой клеток, способностью к движению, отношением к кислотности среды, устойчивостью к NaCl и другими признаками.

Исследование биохимии галобактерий позволило предложить целый ряд вариантов применения этих микроорганизмов в биотехнологии.

Заключение диссертации по теме «Биотехнология», Миронова, Екатерина Валентиновна

выводы.

1. Предложен удобный метод одновременного синтеза 5,6-диоксо-5,6-секоретиналя, 5,6-дигидро-5,6-эпоксиретиналя и 4-оксоретиналя окислением ретиналя.

2. Получен ряд АБР с модификацией как хромофора так и аминокислотной последовательности.

3. Осуществлено комплексное исследование АБР (определены спектральные свойства, устойчивость при длительном хранении, скорость регенерации и особенности фотоцикла).

4. Проведена оптимизация условий культивирования Н. salinarum штаммов ЕТ1001, 1Ш5 и Б96К с целью увеличения выхода БР.

5. Показана перспективность использования штамма 1Ш5 для получения АБР в технологических целях.

6. Путем сравнения свойств АБР с природной аминокислотной последовательностью и с заменой аспарагиновой кислоты-96 на аспарагин установлено, что замена хромофора и данная точечная мутация оказывают аддитивное влияние на кинетику фотоцикла БР.

БЛАГОДАРНОСТИ

Выражаю искреннюю благодарность моим научным руководителям: профессору, д.х.н. Ходонову A.A. и старшему научному сотруднику д.б.н. Складневу Д.А. (ФГУП «ГосНИИгенетика») за постоянное внимание к работе в процессе ее выполнения и ценные советы при обсуждении результатов и написании диссертации.

Я искренне признательна старшему научному сотруднику, к.б.н. Хитриной Л.В. (НИИ физико-химической биологии им. А.Н. Белозерского МГУ) за практические рекомендации по получению бактериородопсина и его аналогов, помощь при исследовании кинетических особенностей фотоцикла АБР и ценные комментарии при обсуждении автореферата.

Список литературы диссертационного исследования кандидат химических наук Миронова, Екатерина Валентиновна, 2002 год

1. Oesterhelt D., Stoeckenius W. Rhodopsin-like protein from the purple membrane of Halobacterium halobium. // Nature (New Biol.) 1971. - V. 233, N. 39. - P. 149-152.

2. Hampp N. Bacteriorhodopsin as a photochromic retinal protein for optical memories. // Chem. Rev. 2000. - V. 100, N 5. - P. 1755-1776.

3. Светочувствительные биологические комплексы и оптическая регистрация информации. // Сборник научных трудов, Ред. Иваницкий Г.Р., Пущино 1985. -209 с.

4. Raymond J.C., Sistrom W.R. The isolation and preliminary characterization of a halophilic photosynthetic bacterium. // Arch. Mikrobiol. 1967. - V. 59, N. 1. - P. 255-268.

5. Gibbons N.E. Isolation, growth and requirements of halophilic bacteria. // Methods in Microbiology. B. 1969. - V. 3. - P. 169-183.

6. Kushner D.J. Mass culture of red halophilic bacteria. // Biotechnol. Bioengineering. -1966. V. 8, N. 2. - P. 237-245.

7. Kushner D.J. Halophilic bacteria. // Adv. Appl. Microbiol. 1968. - V. 10. - P.73-99.

8. Kushner D.J. Life in high salt and solute concentrations: halophilic bacteria. // In Microbial life in extreme environments. / Eds. Kushner D.J. London: Academic Press. 1978. - P. 317-368.

9. Определитель бактерий Берджи. // 9-ое издание, Т. 2. М: Мир. - 1997 - С. 754.

10. Margesin R., Schinner F. Potential of halotolerant and halophilic microorganisms for biotechnology. // Extremophiles. 2001. - V. 5, N. 2. - P. 73-83.

11. Oren A. Bioenergetic aspects of halophilism. // Microbiol. Mol. Biol. Rev. 1999. -V. 63, N. 2. - P. 334-348.

12. Sauer T., Galinski E.A. Bacterial milking: a novel bioprocess for production of compatible solutes. // Biotechnol. Bioeng. 1998. - V. 57, N. 3. - P. 306-313.

13. Kulichevskaya I.S., Milekhina E.I., Borzenkov I.A., Zvyagintseva I.S., Belyaev S.S. Oxidation of petroleum hydrocarbons by extremely halophilic archaebacteria. // Microbiology 1992. - V. 60, N. 3. - P. 596-601.

14. Yakimov M.M., Timmis K.N., Wray V., Fredrickson H.L. Characterization of a new lipopeptide surfactant produced by thermotolerant and halotolerant subsurface Bacillus licheniformis BAS50. // Appl. Environ. Microbiol. 1995. - V. 61, N. 5. - P. 17061713.

15. Banat I.M., Makkar R.S., Cameotra S.S. Potential commercial applications of microbial surfactants. // Appl. Microbiol. Biotechnol. 2000. - V. 53, N. 5. - P. 495508.

16. Choquet CG, Patel GB, Choquet CG, Ekiel I, Sprott GD Formation of stable liposomes from lipid extracts of archaeobacteria. // Патент США US5989587. -приоритет от 23.11.1999.

17. Steinbüchel A., Füchtenbusch B., Gorenflo V., Hein S., Jossek R., Langenbach S., Rehm B.H.A. Biosynthesis of polyesters in bacteria and recombinant organisms. // Polymer. Degrad. Stabil. 1997. - V. 59, N. 2. - P. 177-182.

18. Rodriguez-Valera F., Lillo J.G. Halobacteria as producers of polyhydroxyalkanoates. // FEMS Microbiol. Rev. 1992. - V. 103, N. 2. - P. 181-186.

19. Sudge S.S., Bastawde K.B., Gokhale D.B., Kalkote U.R., Ravindranathan T. Production of D-hydantoinase by halophilic Pseudomonas sp. NCIM 5109. // Appl. Microbiol. Biotechnol. 1998. - V. 49, N. . - P. 594-599.

20. Ryu K., Kim J., Dordick J.S. Catalytic properties and potential of an extracellular protease from an extreme halophile. // Enzyme Microb. Technol. 1994. - V. 16, N. 4. - P. 266-275.

21. Thongthai C., Suntinanalert P. Halophiles in Thai fish sauce (nam pla). // In: Rodriguez-Valera F (ed) General and applied aspects of halophilic microorganisms. Plenum Press, New York. 1991. - pp 381-388

22. Nichols D.S., Nichols P.D., McMeekin T.A. Polyunsatured fatty acids in antarctic bacteria. // Antarct. Sci. 1993. - V. 5, N. 1. - P. 149-160.

23. Nichols D.S., Russell N.J. Polyunsaturated fatty acids in marine bacteria—a dogma rewritten. // Microbiology (UK). 1999. - V. 145 (Pt. 4) - P. 767-779.

24. Азизова О. Галофильные бактерии новый источник биологически активных веществ. // www.cmjournal.com/ruspage404.htm

25. Stoeckenius W. Bacterial rhodopsins: evolution of a mechanistic model for the ion pumps. // Protein Sci. 1999. - V. 8, N. 2. - P. 447-459.

26. Ventosa A., Oren A. Halobacterium salinarum nom. corrig., a name to replace Halobacterium salinarium (Elazari-Volcani) and to include Halobacterium halobium and Halobacterium cutirubrum. // Int. J. Syst. Microbiol. 1996. - V. 46. - P. 347.

27. Lanyi J.K. Light energy conversion in Halobacterium halobium. // Microbiol. Rev. -1978. V. 42, N. 4. - P. 682-706.

28. Stoeckenius W., Lozier R.H., Bogomolni R.A. Bacteriorhodopsin and purple membrane of halobacteria. // Biochim. Biophys. Acta 1979. - V. 505, N. 3. - P. 215278.

29. Shahmohammadi H.R., Asgarani E., Terato H., Saito T., Ohyama Y., Gekko K., Yamamoto O., Ide H. Protective roles of bacterioruberin and intracellular KCl in the resistance of Halobacterium salinarium against DNA-damaging agents.

30. J. Radiat. Res. (Tokyo) 1998. - V. 39, N. 4. - P. 251-262.

31. Kelly M., Jensen S.L. Bacterial carotenoids. XXVI. C50-carotenoids. 2. Bacterioruberin. // Acta Chem. Scand. 1967 - V. 21, N. 9. - P. 2578-2580.

32. Kushwaha SC, Kramer JK, Kates M. Isolation and characterization of C50-carotenoid pigments and other polar isoprenoids from Halobacterium cutirubrum. // Biochim. Biophys. Acta 1975. - V. 398, N. 2. - P. 303-314.

33. Blawrock A.E., Stoeckenius W. Structure of purple membrane. // Nature (New Biol.) -1971. V. 233, N. 39. - P. 152-155.

34. Oesterhelt D., Stoeckenius W. Isolation of the cell membrane of Halobacterium halobium and its fractionation into red and purple membrane. // Methods Enzymol. -1974. V. 31 (Pt A) - P. 667-678.

35. Oesterhelt D., Brauchle C., Hampp N. Bacteriorhodopsin: a biological material for information processing. // Quart. Rev. Biophys. 1991. - V. 24, N 4. - P. 425-478.

36. Sumper M., Reitmeier H., Oesterhelt D. Biosynthesis of the purple membrane of halobacteria. // Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 1976. - V.15, N. 5. - P. 187 - 194.

37. Lukashev E.P., Robertson B. Bacteriorhodopsin retains its light-induced proton pumping function after being heated to 140oC. // Bioelectrochem. Bioenerg. 1995. -V. 37, N. 2. - P. 157-160.

38. Govindjee R., Ohno K., Ebrey T.G. Effect of the removal of the COOH-terminal region of bacteriorhodopsin on its light-induced H+ changes. // Biophys. J. 1982. -V. 38, N. 1. - P. 85-87.

39. Liao M.J., Khorana H.G. Removal of the carboxyl-terminal peptide does not affect refolding or function of bacteriorhodopsin as a light-dependent proton pump. // J. Biol. Chem. 1984. - V. 259, N. 7. - P. 4194-4199.

40. Eisenbach M., Caplan S.R. Interaction of purple membrane with solvents. II. Mode of interaction. // Biochim. Biophys. Acta 1979. - V. 554, N. 2. - P. 281-292.

41. Hiraki K., Hamanaka T., Mitsui T., Kito Y. Structural studies of brown membrane by X-ray diffraction, circular dichroism and absorption spectra. // Photochem. Photobiol. 1981. - V. 33, N. 4. - P. 429-433.

42. Dencher N.A. The five retinal-protein pigments of halobacteria: bacteriorhodopsin, halorhodopsin, P 565, P 370, and slow-cycling rhodopsin. // Photochem. Photobiol. -1983. V. 38, N. 6. - P. 753-767.

43. Oren A. Bioenergetic aspects of halophilism. // Microbiol. Molecular Biol. Rev. -1999. V. 63, N. 2. - P. 334-348.

44. Скулачев В.П. Биоэнергетика. Мембранные преобразователи энергии. // М.: Высшая школа. 1989. - С. 102-117.

45. Birge R.R. Nature of the primary photochemical events in rhodopsin and bacteriorhodopsin. // Biochim. Biophys. Acta 1990. - V. 1016, N. 3. - P. 293 - 327.

46. Hampp N., Popp A., Braeuchle C. Diffraction efficiency of bacteriorhodopsin films for holography containing bacteriorhodopsin wild type BRWT and its BRD85E and BRd96n. // J. Phys. Chem. 1992. - V. 96, N. 11. - P. 4679-4685.

47. Okada-Shudo Y., Yamaguchi I., Tomioka H., Sasabe H. Real-time image processing using polarization discrimination of bacteriorhodopsin. // Synthetic Metals. 1996. -V. 81,N. 2-3. - P. 147-149.

48. Logunov I., Schulten K. Quantum chemistry: molecular dynamics study of the dark-adaptation process in bacteriorhodopsin. // J. Am. Chem. Soc. 1996. - V. 118, N. 40.- P. 9727-9735

49. Scherrer P., Mathew M.K., Sperling W., Stoeckenius W. Retinal isomer ratio in dark-adapted purple membrane and bacteriorhodopsin monomers. // Biochemistry. 1989.- V. 28, N. 2. P. 829-835.

50. Hatcher M.E., Hu J.G., Belenky M., Verdegem P., Lugtenburg J., Griffin R.G., Herzfeld J. Control of the pump cycle in Bacteriorhodopsin: mechanisms elucidated by solid-state NMR of the D85N mutant. // Biophys. J. 2002. - V. 82, N. 2. - P. 1017-1029

51. Hage W., Kim M., Frei H., Mathies R.A. Protein dynamics in the bacteriorhodopsin photocycle: a nanosecond step-scan FTIR investigation of the KL to L transition. // J. Phys. Chem. 1996. - V. 100, N. 39. - P. 16026-16033.

52. Haupts U., Tittor J., Oesterhelt D. Closing on bacteriorhodopsin: progress in understanding the molecule. // Annu. Rev. Biophys. Biomol. Struct 1999. - V. 28. -P. 367-399.

53. Subramaniam S., Greenhalgh D.A., Khorana H.G. Aspartic acid 85 in bacteriorhodopsin functions both as proton acceptor and negative counterion to the Schiff base. // J. Biol. Chem. 1992. - V. 267, N. 36. - P. 25730-25733.

54. Brown L.S., Dioumaev A.K., Needleman R., Lanyi J.K. Local-access model for proton transfer in bacteriorhodopsin. // Biochemistry. 1998. - V. 37, N 7. - P. 39823993.

55. Luecke H., Richter H.T., Lanyi J.K. Proton transfer pathways in bacteriorhodopsin at 2.3 angstrom resolution. // Science. 1998. - V. 280, N. 5371. - P. 1934-1937.

56. Ovchinnikov Yu.A. Bioorganic chemistry of rhodopsins. // Pure Appl. Chem. 1986.- V. 58, N. 5. P. 725-736.

57. Овчинников Ю.А., Абдулаев Н.Г., Фейгина М.Ю., Киселев A.B., Лобанов H.A., Назимов И.В. Первичная структура бактериородопсина. // Биоорган. химия. -1978. Т. 4, N. 11. - С. 1573-1574.

58. Hacket N.R., Stern L.J., Chao B.H., Kronis K.A., Khorana H.G. Structure-function studies on bacteriorhodopsin. V. Effects of amino acid substitutions in the putative helix F. // J. Biol. Chem. 1987. - V. 262, N. 19. - P. 9277-9284.

59. Jang D., El-Sayed M.A., Stern L.J., Mogi T., Khorana H.G. Effect of genetic modification of tyrosine-185 on the proton pump and the blue-to-purple transition in bacteriorhodopsin. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA 1990. - V. 87, N 11. - P. 41034107.

60. Krebs M.P., Mollaaghababa, Khorana H.G. Gene replacement in Halobacterium halobium and expression of bacteriorhodopsin mutants. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA 1993. - V. 90, N 5. - P. 1987-1991.

61. Feng Y., Menick D.R., Katz B.M., Beischel C.J., Hazard E.S., Misra S., Ebrey T.G., Crouch R.K. Probing of the retinal binding site of bacteriorhodopsin by affinity labeling. // Biochemistry. 1994. - V. 33, N. 38. - P. 11624 - 11630.

62. Flitsch S.L., Khorana H.G. Structural studies on transmembrane proteins. I. Model study using bacteriorhodopsin mutants containing single cysteine residues. // Biochemistry. 1989. - V. 28, N. 19. - P. 7800 - 7805.

63. Mogi T., Marti T., Khorana H.G. Structure-function studies on bacteriorhodopsin. IX. Substitutions of tryptophan residues affect protein-retinal interaction in bacteriorhodopsin. // J. Biol. Chem. 1989. - V. 264, N. 24. - P. 14197-14201.

64. Brown L.S. Reconciling crystallography and mutagenesis: a synthetic approach to the creation of a comprehensive model for proton pumping by bacteriorhodopsin. // Biochim. Biophys. Acta 2000. - V. 1460, N. 1. - P. 49-59.

65. Tittor J., Soell C., Oesterhelt D., Butt H.J., Bamberg E. A defective proton pump, point-mutated bacteriorhodopsin Asp^96Asn is fully reactivated by azide. // EMBO J. 1989. - V. 8, N 11. - P. 3477-3482.

66. Мицнер Б.И., Ходонов A.A., Звонкова E.H., Евстигнеева Р.П. Аналоги ретиналя: синтез и взаимодействие с бактериородопсином. // Биоорган. химия. 1986. - Т. 12, N. 1. - С. 5-53.

67. The Retinoids. V. 1, 2. // Eds. Sporn M.B., Roberts A.B., Goodman D.S. Orlando: Acad. Press 1984. - 424 p., 446 p.

68. Chemistry and Biology of Synthetic Retinoids. // Eds. Dawson M.I., Okamura W.H. Boca Raton: CRC Press 1990. - 615 p.

69. Tokunaga F., Govinjee R., Ebrey T.G., Crouch R. Synthetic pigment analogues of the purple membrane protein. // Biophys. J. 1977. - V. 19, N. 2. - P. 191-198.

70. Crouch R.K., Scott R., Ghent S. Govindjee R., Chang Ch-H., Ebrey T. Properties of synthetic bacteriorhodopsin pigments. Further probes of the chromophore binding site. // Photochem. Photobiol. 1986. - V. 43, N. 3. - P. 297-303.

71. Oesterhelt D., Christoffel V. Reconstitution of a proton pump. // Biochem. Soc. Transact. 1976. - V. 4, N. 4. - P. 556-559.

72. Nakanishi K., Balogh-Nair V., Arnaboldi N., Tsujimoto K., Honig B. An external point-charge model for bacteriorhodopsin to account for its purple color // J. Am. Chem. Soc. 1980. - V. 102, N. 27. - P. 7945-7947.

73. Gartner W., Oesterhelt D., Seifer-Schiller E., Towner P., Hopf H., Bohm I. Acetylenic retinals form functional bacteriorhodopsins but not bovine rhodopsins. // J. Am. Chem. Soc. 1983. - V. 106, N. 19. - P. 5654-5659.

74. Даншина C.B., Драчев А.Л., Драчев Л.А., Каулен А.Д., Мицнер Б.И., Хитрина Л.В. Ходонов А.А. Цис- и транс-изомеры 11,12-дидегидробактериородопсина. // Биоорган. химия. 1989. - Т. 15, N. 3. - С. 307-312.

75. Хитрина Л.В., Еремин C.B., Ходонов А.А., Каулен А.Д. Хромофор-образующие изомеры 11,12-дидегидробактериородопсина. // Биол. мембраны. 1994. - Т. 11, N. 5. - С. 575-576.

76. Хитрина Л.В., Каулен А.Д., Еремин C.B., Ходонов А.А. Бактериородопсин. Белковые ограничения изомеризации хромофора. // Молек. биология. 1995. -Т. 29, N. 6. - С. 1398-1407.

77. Даншина C.B., Драчев А.Л., Драчев Л.А., Еремин C.B., Каулен А.Д., Мицнер Б.И., Хитрина Л.В., Чекулаева Л.Н. Фотоцикл и электрогенез 13-дезметилбактериородопсина. // Биофизика. 1989. - Т. 34, N. 4. - С. 623-626.

78. Серебряный B.A., Мицнер Б.И., Закис В.И., Цетлин В.И. Аналоги бактериородоисина на основе 4-замещенных ретиналей. // Биоорган. химия. -1981. Т. 7, N 11. - С. 1731-1733.

79. Shealy Y.F., Hosmer C.A., Riordan J.M. Modification of the intact retinoid structure in the cyclohexenyl region: alkylation of methyl 4-oxoretinoate. // Synthesis. 1993. -N. 11. - P. 1095-1098.

80. Rao V.J., Derguini F., Nakanishi K., Tagushi T., Hosoda A., Hanzava Y., Kobayashi Y., Pande S.M., Callender R.H. 5-(Trifluoromethyl)bacteriorhodopsin does not translocate protons. // J. Am. Chem. Soc. 1986. - V. 108, N 19. - P. 6077-6078.

81. Fang J.M., Carriker J.D., Balog-Nair V., Nakanishi K. Evidence for the necessity of double bond (13-ene)-isomerization in the proton pumping of bacteriorhodopsin. // J. Am. Chem. Soc. 1983. - V. 105, N. 15. - P. 5162-5164.

82. Кириллова Ю.Г., Еремин C.B., Хитрина Л.В., Мицнер Б.И. Циклопентеновые и циклогексеновые аналоги ретиналя по-разному взаимодействуют с бактериоопсином. // Биоорган. химия. 1993. - Т. 19, N. 8. - С. 825-835.

83. Кириллова Ю.Г., Хитрина Л.В., Ходонов А.А. Взаимодействие метилциклопентеновых аналогов 13-цис ретиналя с бактериоопсином. // Биол. мембраны. 1993. - Т. 10, N. 4. - С. 447-448.

84. Kirillova Yu.G., Eremin S.V., Khitrina L.V., Khodonov A.A. 13-C/s-retinal locked analogues interact with bacterioopsin in different manner. // Abstracts of Vlth International Conference on Retinal Proteins. Leiden, The Netherlands. 1994. - P. 120.

85. Groesbeek M., Kirillova Yu.G., Boeff R., Lugtenburg J. Synthesis of six novel retinals and their interaction with bacterioopsin. // Rec. Trav. Chim. Pays-Bas. 1994. - V. 113. - P. 45-52.

86. Khodonov A.A., Khitrina L.V. Synthesis of heavy atom labeled retinal and investigation of its interaction with bacterioopsin. // Abstracts of Vl-th International Conference on Retinal Proteins. Leiden, The Netherlands. 1994. - P. 118.

87. Danshina S.V., Drachev A.L., Drachev L.A., Eremin S.V., Kaulen A.D., Khitrina L.V., Mitsner B.I. C13-substituted bacteriorhodopsin analogs. // Archiv. Biochem. Biophys. 1990. - V.279, N2. - P. 225-231.

88. Ходонов A.A., Еремин С.В., Локшин Дж. Л., Швец В.И., Демина О.В., Хитрина Л.В., Каулен А.Д. Аналоги ретиналя и их роль в исследовании бактериородопсина. // Биоорган. химия. 1996. - Т. 22, N. 10-11. - P. 745-776.

89. Броун Л.С. Исследование механизмов переноса протонов в бактерпородопспне с помощью точечного мутагенеза и изменчивости первичной структуры белка. // Биохимия. 2001. - Т. 66, N. 11. - С. 1546-1554.

90. Soppa J., Oesterhelt D. Bacteriorhodopsin mutants of Halobacterium sp. GRB. // J. Biol. Chem. 1989. - V. 264, N. 22. - P. 13043-13048.

91. Dunn R.J., Hacket N.R., McCoy J.M., Chao B.H., Kimura K., Khorana H.G. Structure-function studies on bacteriorhodopsin. I. Expression of the bacterio-opsin gene in Escherichia coli. // J. Biol. Chem. 1987. - V. 262, N. 19. - P. 9246-9254.

92. Karnik S.S., Nassal M., Doi T., Jay E., Sgaramella V., Khorana H.G. Structure-function studies on bacteriorhodopsin. II. Improved expression of the bacterio-opsin gene in Escherichia coli. // J. Biol. Chem. 1987. - V. 262, N. 19. - P. 9255-9263.

93. Nassal M., Mogi T., Karnik S.S., Khorana H.G. Structure-function studies on bacteriorhodopsin. III. Total synthesis of a gene for bacterio-opsin and its expression in Escherichia coli. // J. Biol. Chem. 1987. - V. 262, N. 19. - P. 9264-9270.

94. Ni B., Chang M., Duschl A., Lani J., Needleman R. An efficient system for the synthesis of bacteriorhodopsin in Halobacterium halobium. // Gene. 1990. - V. 90, N. 1. - P. 169 - 172.

95. Braiman M.S., Stern L.J., Chao B.H., Khorana H.G. Structure-function studies on bacteriorhodopsin. IV. Purification and renaturation of bacterio-opsin polypeptide expressed in Escherichia coli. // J. Biol. Chem. 1987. - V. 262, N. 19. - P. 92719276.

96. London E., Khorana H.G. Denaturation and renaturation of bacteriorhodopsin in detergents and lipid-detergent mixtures. // J. Biol. Chem. 1982. - V. 257, N. 12. - P. 7003-7011.

97. Половникова О.Ю., Симонова Т.Н., Тараховский Ю.С., Никонова Т.Н., Суханов

98. Schweiger U., Tittor J., Oesterhelt D. Bacteriorhodopsin can function without a covalent linkage between retinal and protein. // Biochemistry. 1994 - V. 33, N. 2. -P. 535 - 541

99. Soppa J., Otomo J., Staub J., Tittor J., Meeben S., Oesterhelt D. Bacteriorhodopsin mutants of Halobacterium sp. GRB. II. Characterization of mutant. // J. Biol. Chem. -1989. V. 264, N. 22. - P. 13049-13056.

100. Imasheva E.S., Lu M., Balashov S.P., Ebrey T.G., Chen Y., Ablonczy Z., Menick

101. D.R., Crouch R.K. Exploring the function of Tyr83 in bacteriorhodopsin: features of the Y83F and Y83N mutants. // Biochemistry. 2001. - V. 40, N. 44. - P. 1332013330

102. Isenbarger T.A., Krebs M.P. Role of helix-helix interactions in assembly of bacteriorhodopsin lattice. // Biochemistry. 1999. - V. 38, N. 28. - P. 9023-9030.

103. Marti T., Otto H., Roesselet S.J., Heyn M.P., Khorana G.H. Consequences of amino acid insertions and/or deletions in transmembrane helix C of bacteriorhodopsin. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA 1992. - V. 89, N. 4. - P. 1219-1223.

104. Greenhalgh D.A., Farrensl D.L., Subramaniamg S., Khorana H.G. Hydrophobic amino acids in the retinal-binding pocket of bacteriorhodopsin. // J. Biol. Chem. 1993. - V. 268, N. 27. - P. 20305-20311.

105. Greenhalgh D.A., Altenbach C., Hubbel W.L., Khorana H.G. Locations of Arg-82, Asp-85, and Asp-96 in helix C of bacteriorhodopsin relative to the aqueous boundaries. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA 1991. - V. 88, N. 19. - P. 8626-8630.

106. Marti T., Rosselet S.J., Otto H., Hey M.P., Khoranal H.G. The retinylidene Schiff base counterion in bacteriorhodopsin. // J. Biol. Chem. 1991. - V. 266, N. 28. - P. 1867418683.

107. Mogi T., Stern L.J., Marti T., Chao B.H., Khorana H.G. Aspartic acid substitutions affect proton translocation by bacteriorhodopsin. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA 1988.- V. 85, N. 12. P. 4148-4152.

108. Drachev L.A., Kaulen A.D., Khorana H.G., Mogi T., Postanogova N.V., Skulachev V.P., Stern L.J. The role of arginine 82 and 227 in the bacteriorhodopsin proton pump. // Photochem. Photobiol. 1992. - V. 55, N. 5. - P. 741-744.

109. Opportunities in biotechnology for future army applications. // National Academy Press, Washington, D.C. 2000. - 118 pp.

110. Bouas-Laurent H., Durr H. Organic photochromism (IUPAC technical report). // Pure Appl. Chem. 2001. - V. 73, N. 4. - P. 639-665.

111. Brauchle C., Hampp N., Oesterhelt D. Optical applications of bacteriorhodopsin and its mutated variants. // Adv. Mater. 1991. - V. 3, N 9. - P. 420-428.

112. Popp A., Wolperdinger M., Hampp N., Bruchle C., Oesterhelt D. Photochemical conversion of the O-intermediate to 9-cis-retinal- containing products in bacteriorhodopsin films // Biophys. J. 1993. - V. 65, N. 4. - P. 1449-1459.

113. Всеволодов H.H., Полторанский B.A. Голограммы на «Биохроме», биологическом фотохромном материале. // Сов. физ. тех. физ. 1985. - Т. 30. -С.1235.

114. Hampp N., Brauchle C., Oesterhelt D. Bacteriorhodopsin wild type and variant aspartate-96^asparagine as reversible holographic media. // Biophys. J. 1990. - V. 56, N. 6. - P. 83-93.

115. Zaitzev S.Y., Kozhevnikov N.M., Bapmenkov Y.O., Lipovskaya M.Y. Kinetics of dynamic hologram recording in polymer films with immobilized bacteriorhodopsin. // Photochem. Photobiol. 1992. - V. 55, N. 6. - P. 851-856.

116. Seitz A., Hampp N. Kinetic optimization of bacteriorhodopsin films for holographic interferometry. // J. Phys. Chem. B 2000. - V. 104, N. 30. - P. 7183-7192.

117. Birge R.R. Protein based computers. // Scientific American. 1995. - N 3. - P. 90-95.

118. Min J., Choi H.G., Oh B.-K., Lee W.H., Paek S.-H., Choi J.-W. Visual information processing using bacteriorhodopsin-based complex LB films. // Biosens. Bioelectron.- 2001. V. 16, N 9-12. - P. 917-923.

119. Min J., Choi J.-W., Lee W.H., Kim U.R. Photoreceptor consisting of spiropyran-bacteriorhodopsin films for photosignal enhancement. // Biosens. Bioelectron. 1998.- V. 13, N. 11. P. 1151-1155.

120. Choi H.-G., Min J., Choi J.-W. , Lee W. H. Molecular photoreceptor consisting of bacteriorhodopsin/flavin complex Langmuir-Blodgett films. // Biosens. Bioelectron. -1998. V. 13, N. 10. - P. 1069-1075.

121. Choi H.-G., Jung W.-C., Min J., Lee W.H., Choi J.-W. Color image detection by biomolecular photoreceptor using bacteriorhodopsin-based complex LB films. // Biosens. Bioelectron. 2001. - V. 16, N. 9-12. - P. 925-935.

122. Kolodner P., Lukashev E.P., Ching Y.-C., Druzhko A.B. Electric-field and photochemical effects in D85N mutant bacteriorhodopsin substituted with 4-keto-retinal. // Thin Solid Films. 1997. - V. 302, N. 2. - P. 231-234.

123. Druzhko A.B., Weetal H.H. Photoinduced transformation of wild-type and D96N-mutant 4-keto-bacteriorhodopsin gelatin films. // Thin Solid Films. 1997. - V. 293, N. 3. - P. 281-284.

124. Ходонов A.A., Мицнер Б.И., Звонкова E.H., Евстигнеева Р.П. Ароматические аналоги 13-цис и полностью-транс-ретиналей. // Биоорган. химия. 1987. - Т. 13, N. 2. - С. 238-251.

125. Khodonov A.A., Demina O.V., Khitrina L.V., Kaulen A.D., Silfsen P., Parkkinen S., Parkkinen J., Jaaskelainen T. Modified bacteriorhodopsins as a basis for new optical devices. // Sensors Actuators. B. 1997. - V. 38-39, N. 1-3. - 218-221.

126. Jaaskelainen T., Leppanen V.P., Parkkinen S., Parkkinen J.P.S., Khodonov A. The photochromic properties of 4-keto bacteriorhodopsin. // Optical Materials. 1996. -V. 6, N. 4. - P. 339-345

127. Драчев Л.А., Зорина В.В., Мицнер Б.И., Хитрина Л.В., Ходонов A.A., Чекулаева Л.Н. Фотоцикл и электрогенезис 13-цис и иолностью-транс ароматических аналогов бактериородопсина. // Биохимия. 1987. - Т. 52, N. 9. - С. 1559-1569.

128. Хитрина Л.В., Лазарева Ц.Р. Исследование 13-цис и иолностью-транс изомеров 4-кетобактериородопсина. // Биохимия. 1989. - Т. 54, N. 1. - С. 136-138.

129. Seiff F., Wallat I., Ermann P., Heyn M.P. A neutron diffraction study on the location of the polyene chain of retinal in bacteriorhodopsin. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. -1985. V. 82, N. 10. P. 3227-3231.

130. Dawson M.I., Hobbs P.D. The synthetic chemistry of retinoids. // In The Retinoids: Biology, Chemistry, and Medicine. / Eds. Sporn M.B., Roberts A.B., Goodman D.S. New York: Raven Press. 1994. - V. 1. Chapter 2. - P. 5-178.

131. Dawson M.I., Hobbs P.D., Chan R.L.-S., Chao W.-R. Retinoic acid analogues with ring modification. Synthesis and pharmacological activity. // J. Med. Chem. 1981. -V. 24, N. 10 - P. 1214-1223

132. Rosenberger M. Retinoic acid metabolites. 1. Total synthesis of 4-hydroxy and 4-oxoretinoic acid. // J. Org. Chem. 1982. - V. 47. - P. 1698-1701.

133. Rosenberger M., Neucom C. Retinoic acid metabolites. 3. Total synthesis of (2E,4E,6E,8E)-3,7-dimethyl-9-(6,6-dimethyl-2-(hydroxymethyl)-1-cyclohexen-1-yl)-2,4,6,8-nonatetraenoic acid. // J. Org. Chem. 1982. - V. 47, N. 9. - P. 1782-1785.

134. Acton N., Brossi A. Oxidation products of retinylidene dimedone. // Helv. Chim. Acta 1980. - V. 63, F. 6, N. 145. - P. 1391-1395.

135. Singh A.K. Synthesis of oxygenated retinoids. // Synth. Commun. 1983. - V. 13, N. 11. - P. 919-925.

136. Barua A.B., Olson J.A. Synthesis of 4,4-difluoro analogs of retinol and retinoic acid. // J. Lipid Res. 1984. - V. 25, N. 3. - P. 304-309.

137. Henbest H.B., Jones E.R.H., Owen T.C. Oxidation of vitamin A1 and retinene1 by manganese dioxide. // J. Chem. Soc. 1957. - P. 4902-4912.

138. Соколова H.A., Мицнер Б.И., Закис В.И. Синтез 4-кето- и 4-гидроксипроизводных all-E- и У^-ретиналей и их взаимодействие с бактериоопсином. // Биоорган. химия. 1979. - Т. 5, N 7. - С. 1053-1058.

139. Beischel C.J., Mani V., Govindjee R., Ebrey T.G., Knapp D.R., Crouch R.K. Ring oxidized retinals form unusual bacteriorhodopsin analogue pigments. // Photochem. Photobiol. 1991. - V. 54, N.6. - P. 977-983.

140. Colmenares L.U., Liu R.S.H. An unexpected C-19 product from reaction of retinal with MnO2. Structure characterization and bacteriorhodopsin analogs. // Tetrahedron Lett. 1991. - V. 32, N. 17. - P. 1933-1936.

141. Williams T.C., Mani V. Design of a helix-bundle cross-link: NMR and UV-visible spectroscopic analysis and molecular modeling of ring-oxidized retinals. // Biochemistry. 1991. - V. 30, N. 11. - P. 2976-2988.

142. Schwieter U., Arnold W., Oberhaensli W.E., Rigassi N., Vetter W. 263. Synthesen in der Carotinoid-Reihe. Ein Beitrag zur Chromsaeure-Oxydation von Polyenen. // Helv. Chim. Acta 1971. - V. 54, F. 8, N. 262-263. - P. 2447-2459.

143. Oyler A R., Motto M.G., Naldi R.E., Facchine K.L., Hamburg P.F., Burinsky D.J., Dunphy R., Cotter M.L. Characterization of autoxidation products of retinoic acid. // Tetrahedron. 1989. - V. 45, N. 24. - P. 7679-7694.

144. Karras M., Snider B.B. Opsin shift in bovine rhodopsin and bacteriorhodopsin. Comparison of two external point-charge models. // J. Am. Chem. Soc. 1980. - V. 102, N 27. - P. 7947-7949.

145. Maryanoff B.E., Reitz A.B. The Wittig olefination reaction and modifications involving phosphoryl-stabilized carbanions. Stereochemistry, mechanism, and selected synthetic aspects. // Chem. Rev. 1989. - V. 89, N 4. - P. 863-927.

146. Bestmann H.J. Synthesis of polyenes via phosphonium ylides. // Pure Appl. Chem. -1979. V. 51, N 3. - P. 515-533.

147. Pommer H. Synthesen in der Vitamin A- Reihe. // Angew. Chem. 1960. - B. 72, N 22. - S. 811-819.

148. Buddrus J. Dehydrohalogenierung von Phosphoniumhalogeniden durch Epoxide. Teil 1: Bildung der Ilide und Umsetzung mit Carbonylverbindungen. // Chem. Ber. 1974.- B. 107, N 6. S. 2050-2061.

149. Buddrus J., Kimpenhaus W. Dehydrohalogenierung von Phosphoniumhalogeniden durch Epoxide. Teil 2: Kinetik und Mechanismus. // Chem. Ber. 1974. - B. 107, N 6.- S. 2062-2078.

150. Мицнер Б.И., Ходонов A.A., Звонкова E.H., Евстигнеева Р.П. Способ получения 6Z- и 6^-изомеров (2Е)-8-трифенилсилилокси-2,6-диметилокта-2,6-диен-4-ин-1-аля. // A.c. N 1027168 (СССР). Приоритет от 30.03.1982. - Бюлл. изобр. - 1983.- N 25.

151. Luecke H., Schobert B., Richter H.T., Cartailler J.P., Lanyi J.K. Structural changes in bacteriorhodopsin during ion transport at 2 angstrom resolution. // Science. 1999. -V. 286, N. 5438. - P. 255-260.

152. MacDonald R.E., Green R.V., Lanyi J.K. Light-activated amino acid transport systems in Ha/obacterium ha/obium envelope vesicles: role of chemical and electrical gradients. // Biochemistry. 1977. - V. 16, N. 14. - P. 3227-3235.

153. Brown H.J., Gibbons N.E. The effect of magnesium, potassium, and iron on the growth and morphology of red halophilic bacteria. // Can. J. Microbiol. 1955. - V. 1.- P. 486-494.

154. Oesterhelt D., Krippahl G. Phototrophic growth of halobacteria and its use for isolation of photosynthetically-deficient mutants. // Ann. Microbiol. (Inst. Pasteur) -1983. V. 134 B, N 1. - P.137 - 150.

155. Katznelson H., Lochhead A.G. Growth factors requirement of halophilic bacteria. // Can. J. Research. 1952. - V. 64, N. 1. - P. 97-103.

156. Oesterhelt D. Reconstitution of the retinal proteins bacteriorhodopsin and halorhodopsin. // Meth. Enzymol. 1982. - V. 88, Pt. 2 - P. 10-17.