Молекулярный механизм функционирования терминальных оксидаз типа bd тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 03.00.04, доктор биологических наук Борисов, Виталий Борисович

• Борисов, Виталий Борисович
• доктор биологических наук
• 2008

Оглавление диссертации доктор биологических наук Борисов, Виталий Борисович

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ.

ВВЕДЕНИЕ.

ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.

Глава 1. ДЫХАТЕЛЬНЫЕ ЦЕПИ БАКТЕРИЙ: АЭРОБНЫЕ ЭЛЕКТРОН

ТРАНСПОРТНЫЕ ЦЕПИ Escherichia coli и Azotobacter vinelandii.

Глава 2. ТЕРМИНАЛЬНЫЕ ОКСИДАЗЫ И ИХ ПРОСТЕТИЧЕСКИЕ ГРУППЫ

Глава 3. СТРОЕНИЕ И СВОЙСТВА ЦИТОХРОМА bd.

3.1. Физиологические функции цитохрома bd.

3.2. Торможение дыхательной активности цитохрома bd.

3.3. Генетика.

3.4. Вторая терминальная оксидаза типа bd (СухАВ) у Е. coli.

3.5. Простетические группы цитохрома bd.

3.6. Предполагаемая структура цитохрома bd.

3.7. Предполагаемый механизм функционирования цитохрома bd.

3.8. Данные ЭПР-спектроскопии.

3.9. Взаимодействие цитохрома bd с лигандами.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ.

Глава 4. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ.

4.1. Реактивы.

4.2. Растворы.

4.3. Штаммы бактерий и выращивание клеток.

4.4. Получение мембран.

4.5. Выделение и очистка комплекса bd.

4.6. Определение степени чистоты препарата.

4.7. Определение концентрации цитохрома bd.

4.8. Определение концентрации белка.

4.9. Определение концентрации СО, NO и О2.

4.10. Встраивание цитохрома bd в липосомы

4.11. Амперометрия.

4.12. Электрометрия.

4.13. Методы спектроскопии.

4.14. Обработка данных.

4.15. Определение кажущейся константы диссоциации комплекса гема с1 с кислородом (Ка(о2)) в одноэлектронной форме цитохрома Ъс1.

4.16. Определение кажущейся константы диссоциации (К^) комплекса гема с/ с СО

4.17. Обработка кривых титрования СО спектральных изменений цитохрома Ьс1.

4.18. Определение кажущейся константы диссоциации (К<]) комплекса гема с/ с перекисью водорода.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ.

Глава 5. ОКИСЛЕНИЕ ГЕМА г/.

Глава 6. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ЦИТОХРОМА МС Н202.

Глава 7. ИДЕНТИФИКАЦИЯ ПОЛОСЫ СОРЕ ВОССТАНОВЛЕННОГО ГЕМА

Глава 8. РЕАКЦИЯ ЦИТОХРОМА МС СО.

Глава 9. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ЦИТОХРОМА МС ЦИАНИДОМ.

Глава 10. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ЦИТОХРОМА Ъй С КИСЛОРОДОМ.

Глава 11. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ЦИТОХРОМА МС N0.

Глава 12. ДИССОЦИАЦИЯ ЛИГАНДОВ (02, N0, СО) ОТ ГЕМА

Глава 13. СРАВНИТЕЛЬНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА МУТАНТНОЙ ФОРМЫ

ФЕРМЕНТА Е445А И ОКСИДАЗЫ ДИКОГО ТИПА.'.

ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ.

ВЫВОДЫ.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Молекулярный механизм функционирования терминальных оксидаз типа bd»

Работа посвящена важной проблеме биохимии и молекулярной биоэнергетики -изучению механизмов преобразования энергии у бактерий на молекулярном уровне. Запасание энергии в дыхательной цепи аэробных бактерий осуществляется за счет электрогенного переноса ионов водорода или натрия из цитоплазмы в периплазматическое пространство. Создаваемая при этом на цитоплазматической мембране протон- или натрий-движущая сила используется клеткой для энергообеспечения основных типов работы: химической (синтез АТФ), осмотической (накопление различных веществ), механической (вращение жгутика). В дыхательной цепи электроны по градиенту окислительно-восстановительного потенциала последовательно передаются от НАДН на молекулярный кислород с помощью нескольких ферментных комплексов.

Терминальная оксидаза является концевым ферментным комплексом дыхательной цепи, катализирующим четырехэлектронное восстановление кислорода до воды. Обнаружено два класса гемовых оксидаз. К первому относится многочисленное семейство гем/Си-содержащих ферментов, функционирующих как протонные насосы и имеющих в своем составе двухъядерный кислородоредуктазный активный центр, представленный высокоспиновым гемом и ионом меди. В качестве донора электронов гем-медные оксидазы используют цитохром с либо хинол. Второй класс терминальных дыхательных ферментов составляют хинолоксидазы типа Ьс1 (цитохромы Ьс1). Про гем-медные оксидазы известно уже довольно много. В частности, с помощью рентгеноструктурного анализа удалось увидеть трехмерную структуру оксидаз из сердца быка и ряда бактерий. По сравнению с гем-медными оксидазами, цитохром Ьё остается малоизученным ферментом.

Цитохром Ьс1 не имеет гомологии с гем-медными оксидазами, не содержит меди и способен генерировать мембранный потенциал, не задействуя механизм протонного насоса. Фермент обладает необычно низкой чувствительностью к цианиду и азиду. Изолированный белок представлен стабильным оксигенированным комплексом, что вероятно объясняется высоким сродством гема с/ к кислороду.

Терминальная оксидаза Ъй-типа является ключевым энергопреобразующим дыхательным ферментом как у микроорганизмов, безвредных для человека и животных, так и у бактерий, вызывающих различные заболевания, такие как дизентерия, пневмония, сальмонеллез, периодонтит, бруцеллез, брюшной тиф, туберкулез. Замечена положительная корреляция между вирулентностью бактериальных патогенов, ответственных за эти болезни и уровнем экспрессии цитохрома Ьа1.

Содержание цитохрома М возрастает в неблагоприятных условиях: при понижении концентрации кислорода, наличии в среде ядов, разобщителей-протонофоров, резком изменении температуры окружающей среды и в ряде других случаев, при которых традиционные терминальные оксидазы не способны нормально функционировать, а «альтернативный» цитохром Ьс1 успешно работает. У азотофиксирующих бактерий цитохром Ъй принимает участие в дыхательной защите нитрогеназы от кислорода. Цитохром Ьс1 Е. соИ участвует в регуляции процесса образования дисульфидных связей при сворачивании белков в клетке.

Фермент состоит из двух мембранных субъединиц, несущих три гема: 6558, 6595 и с1. Низкоспиновый гем 6558, по-видимому, вовлечен в окисление хинола. Высокоспиновый гем с? связывает О2 и, вероятно, принимает участие в кислородоредуктазной реакции. Роль высокоспинового гема 6595 до сих пор остается невыясненной. Ряд авторов полагает, что гем ¿595 участвует в восстановлении кислорода, образуя вместе с гемом с1 двухъядерный кислородоредуктазный центр, аналогичный таковому у гем-медных оксидаз. По мнению других исследователей, функция гема 6595 ограничивается переносом электрона с гема на гем (1. Некоторые авторы полагают, что гем ¿595 образует второй центр, способный реагировать с кислородом.

Важно понять, является ли наличие биядерного редокс-центра у терминальных оксидаз необходимым условием для восстановления кислорода до воды и если это так, то для какой из стадий каталитического превращения интермедиатов. Альтернативой могла бы быть необходимость наличия второго редокс-центра для переноса протонов через мембрану. Таким образом, установление роли высокоспинового гема ¿595 представляет особый интерес.

Целью этой работы было изучение молекулярного механизма функционирования цитохромов типа Ьс1. Предстояло выявить и охарактеризовать основные интермедиа™ каталитического цикла фермента; понять, каким образом 7 цитохром bd образует мембранный потенциал в отсутствие протонной помпы; определить устройство и механизм функционирования его активного (кислородоредуктазного) центра. Изучение механизма генерации цитохромом bd мебранного потенциала помогает понять, как именно бактерии, включая патогенные штаммы, запасают энергию при недостатке кислорода и других неблагоприятных условиях. Кроме того, выявление общих черт и различий в механизме восстановления кислорода до воды у неспособного к работе протонным насосом цитохрома bd и основных протон-транслоцирующих терминальных оксидаз помогает установить принципиальные компоненты протон-переносящей «машины», присущей гем-медным концевым дыхательным ферментам.

В качестве объекта исследования использовали оксидазы bd типа из двух бактерий - Escherichia coli и Azotobacter vinelandii. Работу выполняли с помощью различных методов спектроскопии, электрометрии и амперометрии с высоким временным разрешением.

ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

Заключение диссертации по теме «Биохимия», Борисов, Виталий Борисович

ВЫВОДЫ

1. Разработан простой и быстрый метод перевода оксигенированного цитохрома bd в полностью окисленную форму с использованием липофильных акцепторов электронов. Проведено систематическое исследование взаимодействия окисленного, а также частично и полностью восстановленного фермента с лигандами - перекисью водорода, окисью углерода, цианидом, кислородом и NO с применением различных методов спектроскопии, электрометрии и амперометрии с высоким временным разрешением.

2. В окисленном ферменте, Н2О2 реагирует с гемом d с кажущейся константой диссоциации (Ка) 30-40 мкМ, но не взаимодействует с высокоспиновым гемом 6595. Реакция носит необратимый характер, приводя к образованию оксоферрильного комплекса гема d (Fe4+=02"). Константа скорости второго порядка (коп) реакции перекиси с окисленным цитохромом bd оказалась равной 600 М"1 с"1.

3. Как в мембранах, так и в выделенном цитохроме bd, СО и цианид связываются с гемом d. Кажущаяся Ка гема d с СО составляет 70-80 нМ. При высокой концентрации СО и цианида, в реакцию может вступать часть низкоспинового гема ¿55g (~ 10-20%). Связывание СО с гемом £595 не превышает 6% даже при низких температурах. Предлагается модель устройства кислородоредуктазного центра, который состоит из близко расположенных (-10 Ä) гемов 6595 и d, проявляющих антикооперативность в связывании лигандов.

4. Методом фемто/пикосекундной спектроскопии идентифицирована индивидуальная полоса Соре восстановленного гема 6595 с максимумом поглощения около 440 нм.

5. Определено сродство цитохромов bd из Е. coli и А. vinelandii к кислороду. Кажущиеся значения Ка для оксикомплекса гема d составляют 280 и 500 нМ соответственно. Измерены скорости связывания О2 с одноэлектронным (MV) и полностью восстановленным (R) цитохромом bd. В случае R формы цитохрома bd, скорость реакции возрастает прямо пропорционально увеличению концентрации Ог-Напротив, для MV фермента, такая зависимость не является линейной, а носит гиперболический характер. Предполагается, что : М¥ цитохром: - в: равновесии существует в двух состояниях, но связывать Ог может только в одном из них.

6. Зарегистрированы быстрая кинетика генерации разности потенциалов цитохромом bd на мембране протеолипосом и последовательное образование спектрально различимых каталитических интермедиатов в пределах одного молекулярного оборота фермента. Идентифицирован новый каталитический интермедиат, вероятно являющийся перекисным комплексом гема с1 (Ре3+-0-0-(Н)). Связывание восстановленного цитохрома М с кислородом и дальнейшее превращение оксикомплекса в перекисный комплекс не сопряжены с генерацией потенциала, тогда как две последующие каталитические стадии - переход перекисного комплекса в оксоферрильную и затем в окисленную форму, являются электрогенными. Предлагается схема реакции полностью восстановленного цитохрома Ьс1 с кислородом.

7. Показано, что N0 взаимодействует с гемом с1 в МУ, Я и оксоферрильной формах цитохрома Ьс1. В МУ и К ферментах, связывание N0 приводит к образованию нитрозильного комплекса гема а (Ре2+-Ш). N0 реагирует с оксоферрильным интермедиатом цитохрома Ьс1 с коп - 1,2 * 105 М"1 с"1, образуя комплекс окисленного гема (1 с нитритом. Активность цитохрома Ъс1 ингибируется N0 с кажущейся константой ингибирования ~100 нМ при концентрации 02 -70 мкМ.

8. Определены константы скорости спонтанной диссоциации 02, N0 и СО от цитохрома Ъй в разных редокс-состояниях фермента. N0 и СО диссоциируют из цитохрома Ьс! гораздо быстрее, чем из гем-медных терминальных оксидаз. Диссоциация этих лигандов из МУ формы цитохрома Ьс1 замедлена в сравнении с Я ферментом. Предполагается, что редокс-состояние гема Ь595 контролирует внутрибелковый путь ухода лиганда из активного центра цитохрома М.

9. Проведена сравнительная характеристика мутантной формы фермента Е445А и цитохрома Ьс1 дикого типа. Мутация по высококонсервативному аминокислотному остатку Е445 предотвращает полное двухэлектронное восстановление дитионитом двухгемового центра фермента. Замена Е445А сильно тормозит перенос заряда поперек мембраны, связанный с окислением цитохрома Ь<Л кислородом, но не ингибирует генерацию потенциала, сопряженную с внутримолекулярным перераспределением электрона между темами и Ъъ5%. Е445 является одной из двух протонируемых групп, сопряженных с темами ¿595 и с1 в активном центре. Анализ спектров кругового дихроизма цитохрома Ьс1 указывает на экситонные взаимодействия между восстановленными темами 6595 и й.: .Предлагается модель .: внутрибелковых путей^ , переноса электронов и протонов в цитохроме Ьс1.

Список литературы диссертационного исследования доктор биологических наук Борисов, Виталий Борисович, 2008 год

1. Rice, C.W., and Hempfling, W.P. (1978) Oxygen-limited continuous culture and respiratory energy conservation in Escherichia coli, J. Bacteriol. 134, 115-124.

2. Cotter, P.A., Chepuri, V., Gennis, R.B., and Gunsalus, R.P. (1990) Cytochrome о (cyoABCDE) and d (cydAB) oxidase gene expression in Escherichia coli is regulated by oxygen, pH, and the fnr gene product, J. Bacteriol. 172, 6333-6338.

3. Fu, H.-A., Iuchi, S., and Lin, E.C.C. (1991) The requirement of ArcA and Fnr for peak expression of the cyd operon in Escherichia coli under microaerobic conditions, Mol. Gen. Genet. 226, 209-213.

4. Zhang, J., Oettmeier, W., Gennis, R.B., and Hellwig, P. (2002) FTIR Spectroscopic Evidence for the Involvement of an Acidic Residue in Quinone Binding in Cytochrome bd from Escherichia coli, Biochemistry 41, 4612-4617.

5. Unden, G., and Bongaerts, J. (1997) Alternative respiratory pathways of Escherichia coli: energetics and transcriptional regulation in response to electron acceptors, Biochim. Biophys. Acta 1320, 217-234.

6. Miller, M.J., and Gennis, R.B. (1985) The cytochrome d complex is a coupling site in the aerobic respiratory chain of Escherichia coli, J. Biol. Chem. 260, 14003-14008.

7. Puustinen, A., Finel, M., Haltia, Т., Gennis, R.B., and Wikstrom, M. (1991) Properties of the two terminal oxidases of Escherichia coli, Biochemistry 30, 3936-3942.10. ~ Jasaitis, A., Borisov, V.B., Belevich, N.P., Morgan, J.E., Konstantinov, A.A., and

8. Verkhovsky, M.I. (2000) Electrogenic reactions of cytochrome bd, Biochemistry 39, 13800-13809.

9. Belevich, I., Borisov, V.B., and Verkhovsky, M.I. (2007) Discoveiy of the true peroxy intermediate in the catalytic cycle of terminal oxidases by real-time measurement, J. Biol. Chem. 282, 28514-28519.

10. Mitchell, P. (1966) Chemiosmotic Coupling in Oxidative and Photosynthetic Phosphorylation, Glynn Research Ltd. Bodmin, UK.

11. Avetisyan, A.V., Bogachev, A.V., Murtasina, R.A., and Skulachev, V.P. (1992) Involvement of a af-type Oxidase in the Na+-motive Respiratory Chain of Escherichia coli Growing Under Low Ацн+ Conditions, FEBS Lett. 306, 199-202.

12. Gennis, R.B., and Stewart, V. (1996) Respiration. In: Escherichia coli and Salmonella typhimurium: Cellular and Molecular Biology, 2nd edn, pp. 217-261 (Neidhardt, F.C.e.a., Ed.) ASM Press, Washington, D.C.

13. Берцова, Ю.В., Демин, O.B., Богачев, А.В. (2005) Дыхательная защита нитрогеназного комплекса у Azotobacter vinelandii, Успехи биологической химии 45, 205-234.

14. Bertsova, Y.V., Bogachev, A.V., and Skulachev, V.P. (1997) Generation of protonic potential by the bd-type quinol oxidase of Azotobacter vinelandii, FEBS Lett. 414, 369372.

15. Rey, L., and Maier, R.J. (1997) Cytochrome с terminal oxidase pathways of Azotobacter vinelandii: analysis of cytochrome c4 and c5 mutants and up-regulation of cytochrome c-dependent pathways with N2 fixation, J. Bacteriol. 179, 7191-7196.

16. Drozd, J., and Postgate, J.R. "(1970) Effect of oxygen on acetylene reduction, cytochrome content and respiratory activity of Azotobacter chroococcum, J. Gen. Microbiol. 63, 6373.

17. Jones, C.W., Brice, J.M., Wright, V., and Ackrell, B.A.C. (1973) Respiratory protection of nitrogenase in Azotobacter vinelandii, FEBS Lett. 29, 77-81.

18. Bjorklof, K., Zickermann, V., and Finel, M. (2000) Purification of the 45 kDa, membrane bound NADH dehydrogenase of Escherichia coli (NDH-2) and analysis of its interaction with ubiquinone analogues, FEBS Lett. 467, 105-110.

19. Junemann, S., Butterworth, P.J., and Wrigglesvvorth, J.M. (1995) A suggested mechanism for the catalytic cycle of cytochrome bd terminal oxidase based on kinetic analysis, Biochemistry 34, 14861-14867.

20. Timkovich, R., Cork, M.S., Gennis, R.B., and Johnson, P.Y. (1985) Proposed Structure of Heme d, a Prosthetic Group of Bacterial Terminal Oxidases, J. Am. Chem. Soc. 107, 6069-6075.

21. Garcia-Horsman, J.A., Barquera, B., Rumbley, J., Ma, J., and Gennis, R.B. (1994) The Superfamily of Heme-Copper Respiratory Oxidases, J. Bacteriol. 176, 5587-5600.

22. Tsukihara, T., Aoyama, H., Yamashita, E., Tomizaki, T., Yamaguchi, H., Shinzawa-Itoh, K., Nakashima, T., Yaono, R., and Yoshikawa, S. (1995) Structures of Metal Sites of Oxidized Bovine Heart Cytochrome c Oxidase at 2.8 A, Science 269, 1069-1074.

23. Tsukihara, T., Aoyama, H., Yamashita, E., Tomizaki, T., Yamaguchi, H., Shinzawa-Itoh, K., Nakashima, R., Yaono, R., and Yoshikawa, S. (1996) The whole structure of the 13-subunit oxidized cytochrome c oxidase at 2.8 A, Science 272, 1136-1144.

24. Yoshikawa, S., Tera, T., Takahashi, Y„ Tsukihara, T., and Caughey, W.S. (1988) Crystalline Cytochrome c oxidase of bovine heart mitochondrial membrane: Composition and x-ray diffraction studies, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 85, 1354-1358.

25. Iwata, S., Ostermeier, C., Ludwig, B., and Michel, H. (1995) Structure at 2.8 A resolution of cytochrome c oxidase from Paracoccus denitrificans, Nature 376, 660-669.

26. Abramsoni J., Svensson-Ek, M., Byrne, B., and Iwata, S. (2001) Structure of cytochrome c oxidase: a comparison of the bacterial and mitochondrial enzymes, Biochim. Biophys. Acta 1544, 1-9.

27. Svensson-Ek, M., Abramson, J., Larsson, G., Tornroth, S., Brzezinski, P., and Iwata, S. (2002) The X-ray Crystal Structures of Wild-type and EQ(I-286) Mutant Cytochrome с Oxidases from Rhodobacter sphaeroides, J. Mol. Biol. 321, 329-339.

28. Soulimane, Т., Buse, G., Bourenkov, G.P., Bartunik, H.D., Huber, R., and Than, M.E. (2000) Structure and mechanism of the aberrant ¿аз-cytochrome с oxidase from Thermus thermophilus, EMBO J. 19, 1766-1776.

29. Борисов, В.Б. (1996) Цитохром bd: строение и свойства, Биохимия 61, 786-799.

30. Poole, R.K., and Cook, G.M. (2000) Redundancy of aerobic respiratory chains in bacteria? Routes, reasons and regulation, Adv. Microb. Physiol. 43, 165-224.

31. Vanlerberghe, G.C., and Mcintosh, L. (1997) ALTERNATIVE OXIDASE: From Gene to Function, Annu. Rev. Plant Physiol. Plant Mol. Biol. 48, 703-734.

32. Siedow, J.N., and Umbach, A.L. (2000) The mitochondrial cyanide-resistant oxidase: structural conservation amid regulatory diversity, Biochim. Biophys. Acta 1459, 432-439.

33. Junemann, S. (1997) Cytochrome ¿¿/terminal oxidase, Biochim. Biophys. Acta 1321, 107127.

34. Lubben, M. (1995) Cytochromes of Archaeal Electron Transfer Chains, Biochem. Biophys. Acta 1229, 1-22.

35. Mogi, Т., Tsubaki, M., Hori, H., Miyoshi, H., Nakamura, H., and Anraku, Y. (1998) Two terminal quinol oxidase families in Escherichia coli: variations on molecular machinery for dioxygen reduction, J. Biochem. Mol. Biol. Biophys. 2, 79-110.

36. Miller, M.J., and Gennis, R.B. (1983) The purification and characterization of the cytochrome d terminal oxidase complex of the Escherichia coli aerobic respiratory chain, J. Biol. Chem. 258, 9159-9165.

37. Junemann, S., and Wrigglesworth, J.M. (1995) Cytochrome bd oxidase from Azotobacter vinelandii. Purification and quantitation of ligand binding to the oxygen reduction site, J. Biol Chem. 270, 16213-16220. .

38. Au, D.C.-T., Lorence, R.M., and Gennis, R.B. (1985) Isolation and Characterization of an Escherichia coli Mutant Lacking the Cytochrome о Terminal Oxidase, J. Bact. 161, 123127.

39. Poole, R.K., Williams, H.D., Downie, J.A., and Gibson, F. (1989) Mutations Affecting the Cytochrome ¿/-Containing Oxidase Complex of Escherichia coli K12: Identification and Mapping of a Fourth Locus, cydD, J. Gen. Microbiol. 135, 1865-1874.

40. Poole, R.K., Kumar, C., Salmon, I., and Chance, B. (1983) The 650 nm Chromophore in Escherichia coli is an "Oxy-" or Oxygenated Compound, Not the Oxidized Form of Cytochrome Oxidase d: A Hypothesis, J. Gen. Microbiol. 129, 1335-1344.

41. Belevich, I., Borisov, V.B., Konstantinov, A.A., and Verkhovsky, M.I. (2005) Oxygenated complex of cytochrome bd from Escherichia coli: stability and photolability, FEBS Lett. 579, 4567-4570.

42. Way, S.S., Sallustio, S., Magliozzo, R.S., and Goldberg, M.B. (1999) Impact of either elevated or decreased levels of cytochrome bd expression on Shigella flexneri virulence, J. Bacteriol. 181, 1229-1237.

43. Smith, A., Hill, S., and Anthony, C. (1990) The Purification, Characterization and Role of the d-Type Cytochrome Oxidase of Klebsiella Pneumoniae During Nitrogen Fixation, J. Gen. Microbiol. 136, 171-180. . ^ „.,.

44. Osborne, J.P., and Gennis, R.B. (1999) Sequence analysis of cytochrome bd oxidase suggests a revised topology for subunits I, Biochim. Biophys. Acta 1410, 32-50.

45. Baughn, A.D., and Malamy, M.H. (2004) The strict anaerobe Bacteroides fragilis grows in and benefits from nanomolar concentrations of oxygen, Nature 427, 441-444.

46. Endley, S., McMurray, D., and Ficht, T.A. (2001) Interruption of the cydB locus in Brucella abortus attenuates intracellular survival and virulence in the mouse model of infection, J. Bacteriol. 183, 2454-2462.

47. Kana, B.D., Weinstein, E.A., Avarbock, D., Dawes, S.S., Rubin, H., and Mizrahi, V. (2001) Characterization of the cydAB-Encoded Cytochrome bd Oxidase from Mycobacterium smegmatis, J. Bacteriol. 183, 7076-7086.

48. Bader, M., Muse, W., Ballou, D.P., Gassner, C., and Bardwell, J.C.A. (1999) Oxidative protein folding is driven by the electron transport system, Cell 98, 217-227.

49. Hill, S., Viollet, S., Smith, A.T., and Anthony, C. (1990) Roles for Enteric ¿/-Type Cytochrome Oxidase in N2 Fixation and Microaerobiosis, J. Bacteriol. 172, 2071-2078.

50. Poole, R.K., and Hill, S. (1997) Respiratory protection of nitrogenase activity in Azotobacter vinelandii roles of the terminal oxidases, Bioscience Reports 17, 307-317.

51. Wall, D., Delaney, J.M., Fayet, O., Lipinska, B., Yamamoto, T., and Georgopoulos, C. (1992) arc-Dependent Thermal Regulation and Extragenic Suppression of the Escherichia coli Cytochrome d Operon, J. Bacteriol. 174, 6554-6562.

52. Delaney, J.M., Wall, D., and Georgopoulos, C. (1993) Molecular Characterization of the Escherichia coli htrD Gene: Cloning, Sequence, Regulation, and Involvement with Cytochrome d Oxidase, J. Bacteriol. 175, 166-175.

53. Ashcroft. J.R., and Haddock, B.A. (1975) Synthesis of alternative membrane-bound redox carriers during aerobic growth of Escherichia coli in the presence of potassium cyanide, Biochem. J. 148, 349-352.

54. Bogachev, A.V., Murtazina, R.A., and Skulachev, V.P. (1993) Cytochrome d Induction in Escherichia coli Growing Under Unfavorable Conditions, FEBS Lett. 336, 75-78.

55. Bogachev, A.V., Murtazine, R.A., Shestopalov, A.I., and Skulachev, V.P. (1995) Induction of the Escherichia coli cytochrome d by low A|an+ and by sodium ions, Eur. J. Biochem. 232, 304-308.

56. Meunier, B., Madgwick, S.A., Reil, E., Oettmeier, W., and Rich, P.R. (1995) New inhibitors of the quinol oxidation sites of bacterial cytochromes bo and bd, Biochemistry 34, 1076-1083.

57. Konishi, K., Ouchi, M., Kita, K., and Horikoshi, I. (1986) Purification and Properties of a Cytochrome bs^-d Complex, a Terminal Oxidase of the Aerobic Respiratory Chain of Photobacterium phosphoreum, J. Biochem. 99, 1227-1236.

58. Junemann, S., and Wrigglesworth, J.M. (1994) Antimycin inhibition of the cytochrome bd complex from Azotobacter vinelandii indicates the presence of a branched electron transfer pathway for the oxidation of ubiquinol, FEBS Lett. 345, 198-202.

59. Miller, M.J., Hermodson, M., and Gennis, R.B. (1988) The Active Form of the Cytochrome d Terminal Oxidase Complex of Escherichia coli is a Heterodimer Containing One Copy of Each of the Two Subunits, J. Biol. Chem. 263, 5235-5240.

60. Calhoun, M.W., Newton, G., and Gennis, R.B. (1991) E. coli map. Physical Map Locations of Genes Encoding Components of the Aerobic Respiratory Chain of Escherichia coli, J. Bacteriol. 173, 1569-1570.

61. Kranz, R.G., Barassi, C.A., Miller, M.J., Green, G.N., and Gennis, R.B. (1983) Immunological Characterization of an E. coli Strain which is Lacking Cytochrome d, J. Bacteriol. 156, 115-121.

62. Bachmann, B.J. (1990) Linkage Map of Escherichia coli K-12, Edition 8, Microbiol. Rev. 54, 130-197.

63. Green, G.N., Kranz, J.E., and Gennis, R.B. (1984) Cloning the cyd Gene Locus Coding for the Cytochrome d Complex of Escherichia coli, Gene 32, 99-106.

64. Lorence, R.M., Koland, J.G., and Gennis, R.B. (1986) Coulometric and Spectroscopic Analysis of the Purified Cytochrome d Complex of Escherichia coli : Evidence for the Identification of "Cytochrome a" as Cytochrome ¿595, Biochemistry 25, 2314-2321.

65. Newton, G., and Gennis, R.B. (1991) In Vivo Assembly of the Cytochrome d Terminal Oxidase Complex of Escherichia coli from Genes Encoding the Two Subunits Expressed on Separate Plasmids, Biochim. Biophys. Acta J089, 8-12.

66. Green, G.N., Lorence, R.M., and Gennis, R.B. (1986) The Specific Overproduction and Purification of the Cytochrome b558 Component of the Cytochrome d Complex from Escherichia coli, Biochemistry 25, 2309-2314.

67. Georgiou, C.D., Fang, H., and Gennis, R.B. (1987) Identification of the cydC Locus Required for the Expression of the Functional Form of the cytochrome d Terminal Oxidase Complex in Escherichia coli, J. Bacteriol. 169, 2107-2112.

68. Bebbington, K.J., and Williams, H.D. (1993) Investigation of the Role of the cydD Gene Product in Production of a Functional Cytochrome d Oxidase in Escherichia coli, FEMS Microbiol. Lett. 112, 19-24.

69. Poole, R.K., Gibson, F., and Wu, G. (1994) The cydD Gene Product, Component of a Heterodimeric ABC Transporter, is Required for Assembly of Periplasmic Cytochrome c and of Cytochrome bd in Escherichia coli, FEBS Microb. Lett. 117, 217-224.

70. Pittman, M.S., Robinson, H.C., and Poole, R.K. (2005) A bacterial glutathione transporter (Escherichia coli CydDC) exports reductant to the periplasm, J. Biol. Chem. 280, 3225432261.

71. Cotter, P.A., and Gunsalus, R.P. (1992) Contribution of the fnr and arch. Gene Products in Coordinate Regulation of Cytochromeo and d Oxidase (cyoABCDE and cydAB) Genes in Escherichia coli, FEMS Microbiol. Lett. 91, 31-36.

72. Gunsalus, R.P. (1992) Control of Electron Flow in Escherichia coli: Coordinated Transcription of Respiratory Pathway Genes, J. Bacteriol. 174, 7069-7074.

73. Cotter, P.A., Melville, S.B., Albrecht, J.A., and Gunsalus, R.P. (1997) Aerobic regulation of cytochrome d oxidase (cydAB) operon expression in Escherichia coli: roles of Fnr and ArcA in repression and activation, Mol. Microbiol. 25, 605-615.

74. Govantes, F., Albrecht, J.A., and Gunsalus, R.P. (2000) Oxygen regulation of the Escherichia coli cytochrome d oxidase (cydAQ) operon: roles of multiple promoters and the Fnr-1 and Fnr-2 binding sites, Mol. Microbiol. 37, 1456-1469.

75. Shalel-Levanon, S., San, K.Y., and Bennett, G.N. (2005) Effect of oxygen, and ArcA and FNR regulators on the expression of genes related to the electron transfer chain and the TCA cycle in Escherichia coli, Metabolic Engineering 7, 364-374.

76. Lynch, A.S., and Lin, E.C.C. (1996) Responses to molecular oxygen. In: Escherichia coli and Salmonella typhimurium: Cellular and Molecular Biology, 2nd edn, pp. 1526-1538 (Neidhardt, F.C.e.a., Ed.) ASM Press, Washington, D.C.

77. Georgellis, D., Kwon, O., and Lin, E.C. (2001) Quinones as the redox signal for the arc two-component system of bacteria, Science 292, 2314-2316.

78. Georgellis, D., Kwon, O., and Lin, E.C. (1999) Amplification of signaling activity of the arc two-component system of Escherichia coli by anaerobic metabolites. An in vitro study with different protein modules, J. Biol. Chem. 274, 35950-35954.

79. Alexeeva, S., Hellingwerf, K.J., and Teixeira de Mattos, M.J. (2003) Requirement of ArcA for redox regulation in Escherichia coli under microaerobic but not anaerobic or aerobic conditions, J. Bacteriol. 185, 204-209.

80. Kiley, P.J., and Beinert, H. (1998) Oxygen sensing by the global regulator, FNR: the role of the iron-sulfur cluster, FEMS Microbiol. Rev. 22, 341-352.

81. Becker, S., Holighaus, G., Gabrielczyk, T., and Unden, G. (1996) O2 as the regulatory signal for FNR-dependent gene regulation in Escherichia coli, J. Bacteriol. 178, 45154521.

82. Atlung, T., and Brondsted, L. (1994) Role of the transcriptional activator AppY in regulation of the cyx appA operon of Escherichia coli by anaerobiosis, phosphate starvation, and growth phase, J. Bacteriol. 176, 5414-5422.

83. Brondsted, L., and Atlung, T. (1996) Effect of growth conditions on expression of the acid phosphatase (cyx-appA) operon and the appY gene, which encodes a transcriptional activator of Escherichia coli, J. Bacteriol. 178, 1556-1564.

84. Sturr, M.G., Krulwich, T.A., and Hicks, D.B. (1996) Purification of a Cytochrome bd Terminal Oxidase Encoded by the Escherichia coli app Locus from a Acyo Acyd Strain Complemented by Genes from Bacillusfirmus OF4, J. Bacteriol. 176, 1742-1749.

85. Collins, M.D., and Jones, D. (1981) Distribution of isoprenoid quinone structural types in bacteria and their taxonomic implication, Microbiol. Rev. 45, 316-354.

86. Belevich, I., Bloch, D.A., Belevich, N„ Wikstrom, M., and Verkhovsky, M.I. (2007) Exploring the proton pump mechanism of cytochrome c oxidase in real time, Proc. Natl. Acad. Set USA 104, 2685-2690.

87. Rothery, R.A., Houston, A.M., and Ingledew, W.J. (1987) The Respiratory Chain of Anaerobically Grown Escherichia colv. Reactions with Nitrite and Oxygen, J. Gen. Microbiol. 133, 3247-3255.

88. Meinhardt, S.W., Gennis, R.B., and Ohnishi, T. (1989) EPR Studies of the Cytochrome-i/ Complex of Escherichia coli, Biochim. Biophys. Acta 975, 175-184.

89. Rothery, R., and Ingledew, W.J. (1989) The cytochromes of anaerobically grown Escherichia coli, Biochem. J. 262, 437-443.

90. Kahlow, M.A., Zuberi, T.M., Gennis, R.B., and Loehr, T.M. (1991) Identification of a Ferry I Intermediate of Escherichia coli Cytochrome d Terminal Oxidase by Resonance Raman Spectrosopy, Biochemistry 30, 11485-11489.

91. Hill, B.C., Hill, J.J., and Gennis, R.B. (1994) The room temperature reaction of carbon monoxide and oxygen with the cytochrome bd quinol oxidase from Escherichia coli, Biochemistry 33, 15110-15115.

92. Ingledew, W.J., Rothery, R.A., Gennis, R.B., and Salerno, J.C. (1992) The Orientation of the Three Haems of the in situ Ubiquinol Oxidase, Cytochrome bd, of Escherichia coli, Biochem. J. 282, 255-259.

93. Dueweke, T.J., and Gennis, R.B. (1990) Epitopes of Monoclonal Antibodies Which Inhibit Ubiquinol Oxidase Activity of Escherichia coli Cytochrome d Complex Localize a Functional Domain, J. Biol. Chem. 265, 4273-4277.

94. Kranz, R.G., and Gennis, R.B. (1984) Characterization of the Cytochrome d Terminal Oxidase Complex of Escherichia coli Using Polyclonal and Monoclonal Antibodies, J. Biol. Chem. 259, 7998-8003.

95. Dueweke, T.J., and Gennis, R.B. (1991) Proteolysis of the Cytochrome d Complex with Trypsin and Chymotrypsin Localizes a Quinol Oxidase Domain, Biochemistry 30, 34013406.

96. Poole, R.K. (1988) Bacterial Cytochrome Oxidases. In: Bacterial Energy Transduction, pp. 231-291 (Anthony, C., Ed.) Academic Press, London.

97. Roland, J.G., Miller, M.J., and Gennis, R.B. (1984) Potentiometric analysis of the purified cytochrome d terminal oxidase complex from Escherichia coli, Biochemistry 23, 1051-1056.

98. Borisov, V., Arutyunyan, A.M., Osborne, J.P., Gennis, R.B., and Konstantinov, A.A. (1999) Magnetic circular dichroism used to examine the interaction of Escherichia coli cytochrome bd with ligands, Biochemistry 38, 740-750.

99. Fang, H., Lin, R.-J., and Gennis, R.B. (1989) Location of Heme Axial Ligands in the Cytochrome d Terminal Oxidase Complex of Escherichia coli Determined by Site-directed Mutagenesis, J. Biol. Chem. 264, 8026-8032.

100. Kaysser, T.M., Ghaim, J.B., Georgiou, C., and Gennis, R.B. (1995) Methionine-393 is an axial ligand of the heme bus component of the cytochrome bd ubiquinol oxidase from Escherichia coli, Biochemistry 34, 13491-13501.

101. Poole, R.K. (1983) Bacterial Cytochrome Oxidases: A Structurally and Functionally Diverse Group of Electron Transfer Proteins, Biochim. Biophys. Acta 126, 205-243.

102. Hill, J.J., Alben, J.O., and Gennis, R.B. (1993) Spectroscopic evidence for a heme-heme binuclear center in the cytochrome bd ubiquinol oxidase from Escherichia coli, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 90, 5863-5867.

103. Krasnoselskaya, I., Arutjunjan, A.M., Smirnova, I., Gennis, R., and Konstantinov, A.A. (1993) Cyanide-reactive sites in cytochrome bd complex from E. coli, FEBS Lett. 327, 279-283.

104. Tsubaki, M., Hori, H., Mogi, T., and Anraku, Y. (1995) Cyanide-binding site of bd-type ubiquinol oxidase from Escherichia coli, J. Biol. Chem. 270, 28565-28569.

105. Poole, R.K., and Williams, H.D. (1987) Proposal that the Function of the Membrane-bound Cytochrome «i-like Haemoprotein (Cytochrome ¿-595) in Escherichia coli is a Direct Electron Donation to Cytochrome d, FEES Lett. 217, 49-52.

106. Hata-Tanaka, A., Matsuura, K., Itoh, S., and Anraku, Y. (1987) Electron Flow and Heme-heme Interaction Between Cytochromes b-558, ¿-595 and d in a Terminal Oxidase of Escherichia coli, Biochim. Biophys. Acta 893, 289-295.

107. Jiang, F.S., Zuberi, T.M, Cornelius, J.B, Clarkson, R.B, Gennis, R.B, and Belford, R.L. (1993) Nitrogen and Proton ENDOR of Cytochrome d, Hemin, and Metmyoglobin in Frozen Solutions, J. Am. Chem. Soc. 115, 10293-10299.

108. Hirota, S, Mogi, T, Anraku, Y, Gennis, R.B, and Kitagawa, T. (1995) Resonance Raman Study on Axial Ligands of Heme Irons in Cytochrome ¿¿/-type Ubiquinol Oxidase from Escherichia coli, Biospectroscopy 1, 305-311.

109. Hori, H„ Tsubaki, M, Mogi, T, and Anraku, Y. (1996) EPR study of NO complex of bd-type ubiquinol oxidase from Escherichia coli, J. Biol. Chem. 271, 9254-9258.

110. Pudek, M.R, and Bragg, P.D. (1976) Redox Potentials of the Cytochromes in the Respiratory Chain of Aerobically Grown Escherichia coli, Arch. Biochem. Biophys. 174, 546-552.

111. Mogi, T. (2006) Mass spectrometric analysis of the ubiquinol-binding site in cytochrome bd from Escherichia coli, J. Biol. Chem. 281, 1905-1912.

112. Mogi, T., Akimoto, S., Endou, S., Watanabe-Nakayama, T., Mizuochi-Asai, E., and Miyoshi, H. (2006) Probing the ubiquinol-binding site in cytochrome bd by site-directed mutagenesis, Biochemistry 45, 7924-7930.

113. Sakamoto, J., Koga, E., Mizuta, T., Sato, C., Noguchi, S., and Sone, N. (1999) Gene structure and quinol oxidase activity of a cytochrome bd-type oxidase from Bacillus stearothermophilus, Biochim. Biophys. Acta 1411, 147-158.

114. Hao, W., and Golding, G.B. (2006) Asymmetrical evolution of cytochrome bd subunits, J. Mol. Evol. 62, 132-142.

115. Oden, K.L., and Gennis, R.B. (1991) Isolation and Characterization of a New Class of Cytochrome d Terminal Oxidase Mutants of Escherichia coli, J. Bacteriol. 173, 61746183.

116. Koland, J.G., Miller, M.J., and Gennis, R.B. (1984) Reconstitution of the Membrane-Bound, Ubiquinone-Dependent Pyruvate Oxidase Respiratory Chain of Escherichia coli with the Cytochrome d Terminal Oxidase, Biochemistry 23, 445-453.

117. Wikstrom, M., Bogachev, A., Finel, M., Morgan, J.E., Puustinen, A., Raitio, M., Verkhovskaya, M., and Verkhovsky, M.I. (1994) Mechanism of Proton Translocation by the Respiratory Oxidases. The Histidine Cycle, Biochim. Biophys. Acta 1187, 106-111.

118. Dervartanian, D.V., Iburg, L.K., and Morgan, T.V. (1973) EPR studies on phosphorylating particles from Azotobacter vinelandii, Biochim. Biophys. Acta 305, 173178.

119. Kauffman, H.F., DerVartanian, D.V., van Gelder, B.F., and Wampler, J. (1975) EPR studies on cytochrome components in phosphorylating particles of Azotobacter vinelandii, J. Bioenerg. 7, 215-222.

120. Hata, A., Kirino, Y., Matsuura, K., Itoh, S., Hiyama, T., Konishi, K., Kita, K., and Anraku, Y. (1985) Assignment of ESR Signals of Escherichia coli Terminal Oxidase Complexes, Biochim. Biophys. Acta 810, 62-72.

121. Kumar, C., Poole, R.K., Salmon, I., and Chance, B. (1985) The Oxygen Reaction of the Cytochrome ¿/-terminated Respiratory Chain of Escherichia coli at Sub-zero Temperatures, FEBS Lett. 190, 227-231.

122. Gibson, Q., and Greenwood, C. (1963) Reactions of cytochrome oxidase with oxygen and carbon monoxide, Biochem. J. 86, 541-555.

123. Junemann, S., Wrigglesworth, J.M., and Rich, P.R. (1997) Effects of decyl-aurachin D and reversed electron transfer in cytochrome bd, Biochemistry 36, 9323-9331.

124. Hubbard, J.A.M., Hughes, M.N, and Poole, R.K. (1983) Nitrite, but not silver, ions induce spectral changes in Escherichia coli cytochrome d, FEBS Lett. 164, 241-243.

125. Hubbard, J.A.M., Hughes, M.N, and Poole, R.K. (1985) Microbial Gas Metabolism: Mechanistic, Metabolic and Biotechnological Aspects, pp. 231-236 (Poole, R.K. and Dow, C.S, Eds.) Academic Press, London.

126. Bonner, F.T, Hughes, M.N, Poole, R.K, and Scott, R.I. (1991) Kinetics of the Reactions of Trioxodinitrate and Nitrite Ions With Cytochrome d in Escherichia coli, Biochim. Biophys. Acta 1056, 133-138.

127. Kauffmann, H.F, and Van Gelder, B.F. (1973) The respiratory chain of Azotobacter vinelandii. II. The effect of cyanide on cytochrome d, Biochim. Biophys. Acta 314, 276283.

128. Kauffmann, H.F, and Van Gelder, B.F. (1974) The respiratory chain of Azotobacter vinelandii. III. The effect of cyanide in the presence of substrates, Biochim. Biophys. Acta 333, 218-227.

129. Pudek, M.R, and Bragg, P.D. (1974) Inhibition by cyanide of the respiratory chain oxidases of Escherichia coli, Arch. Biochem. Biophys. 164, 682-693.

130. Poole, R.K, and Williams, H.D. (1988) Formation of the680-nm-absorbing Form of the Cytochrome bd Oxidase Complex of Escherichia coli by Reaction of Hydrogen Peroxide with the Ferric Form, FEBS. Lett. 231, 243-246.

131. Lorence, R.M., and Gennis, R.B. (1989) Spectroscopic and quantitative analysis of the oxygenated and peroxy states of the purified cytochrome d complex of Escherichia coli, J. Biol. Chem. 264, 7135-7140.

132. Bergmayer., H.U., Gawehn, K., and Grassl, M. (1970) In: Methoden der Enzymatischen Analyze, Vol. 1, pp. 440 (Bergmayer, H.U., Ed.) Verlag Chemie, Weinheim.

133. Борисов, В.Б. (1995) Взаимодействие комплекса цитохромов bd из Е. coli с лигандами. Дисс. канд. биол. наук, МГУ, Москва.

134. Miller, M.J., and Gennis, R.B. (1986) Purification and reconstitution of the cytochrome d terminal oxidase complex from Escherichia coli, Methods Enzymol. 126, 87-94.

135. Belevich, I., Borisov, V.B., Bloch, D.A., Konstantinov, A.A., and Verkhovsky, M.I. (2007) Cytochrome bd from Azotobacter vinelandii: evidence for high-affinity oxygen binding, Biochemistry 46, 11177-11184.

136. Lowry, O.H., Rosebrough, N.J., Farr, A.L., and Randall, R.J. (1951) Protein measurement with the Folin phenol reagent, J. Biol. Chem. 193, 265-275.

137. Brunori, M., Falcioni, G., and Rotilio, G. (1974) Kinetic properties and electron paramagnetic resonance spectra of the nitric oxide derivative of hemoglobin components of trout (Salmo irideus), Proc. Natl. Acad. Sci. USA 71, 2470-2472.

138. Brunori, M., Giuffre, A., D'Itri, E., and Sarti, P. (1997) Internal electron transfer in Cu-heme oxidases. Thermodynamic or kinetic control?, J. Biol. Chem. 272, 19870-19874.

139. Montgomery, H.A.C., Thom, N.S., and Cockburn, A. (1964) Determination of dissolved oxygen by Winkler method and solubility of oxygen in pure water and sea water, J. Appl. Chem. 14, 280-296.

140. Racker, E. (1972) Reconstitution of cytochrome oxidase vesicles and conferral of sensitivity to energy transfer inhibitors, J.Memb.Biol. 10, 221-235.

141. Rigaud, J.L., Pitard, B., and Levy, D. (1995) Reconstitution of membrane proteins into liposomes: application to energy-transducing membrane proteins, Biochim. Biophys. Acta 1231, 223-246.

142. Borisov, V.B., Forte, E., Konstantinov, A.A., Poole, R.K., Sarti, P., and Giuffre, A. (2004) Interaction of the bacterial terminal oxidase cytochrome bd with nitric oxide, FEBS Lett. 576, 201-204.

143. Drachev, L.A., Kaulen, A.D., Semenov, A.Y., Severina, 1.1., and Skulachev, V.P. (1979) Lipid-Impregnated Filters as a Tool for Studying the Electric Current-Generating Proteins, Anal. Biochem. 96, 250-262.

144. Verkhovsky, M.I., Morgan, J.E., Verkhovskaya, M., and Wikstrom, M. (1997) Translocation of electrical charge during a single turnover of cytochromes oxidase, Biochim.Biophys.Acta 1318, 6-10.

145. Azarkina, N., Siletsky, S., Borisov, V., von Wachenfeldt, C., Hederstedt, L., and Konstantinov, A.A. (1999) A cytochrome ¿¿'-type quinol oxidase in Bacillus subtilis strain 168, J. Biol. Chem. 274, 32810-32817.

146. Martin, J.L., and Vos, M.H. (1994) Femtosecond measurements of geminate recombination in heme proteins, Methods Enzymol. 232, 416-430.

147. Vos, M.H., Borisov, V.B., Liebl, U., Martin, J.-L., and Konstantinov, A.A. (2000) Femtosecond resolution of ligand-heme interactions in the high-affinity quinol oxidase bd: A di-heme active site?, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 97, 1554-1559.

148. Beal, D., Rappaport, F., and Joliot, P. (1999) A new high-sensitivity 10-ns time-resolution spectrophotometric technique adapted to in vivo analysis of the photosynthetic apparatus, Rev. Sci. Instrum. 70, 202-207.

149. Chance, B., Graham, N., and Legallais, V. (1975) Low temperature trapping method for cytochrome oxidase oxygen intermediates, Anal. Biochem. 67, 552-579.

150. Kalnenieks, U., Galinina, N., Bringer-Meyer, S., and Poole, R.K. (1998) Membrane D-lactate oxidase in Zymomonas mobilis: evidence for a branched respiratory chain, FEMS Microbiol. Lett. 168, 91-97.

151. Dawson, R.M.C., Elliott, D.C., Elliott, W.H., and Jones, K.M. (1986) Data for Biochemical Research, Clarendon Press. Oxford.

152. Clark, W.M. (1960) Oxidation-Reduction Potentials of Organic Systems, Williams and Wilkins. Baltimore, MD.

153. Provencher, S.W. (1976) A Fourier method for the analysis of exponential decay curves, Biophys. J. 16, 27-50.

154. Wood, P.M. (1984) Bacterial Proteins with СО-binding b- or c-type Haem Functions and Absorption Spectroscopy, Biochem. Biophys. Acta 768, 293-317.

155. Костырко, B.A., Ягужинский, JI.C. (1974) Два центра связывания убисемихинона в сукцинатоксидазе митохондрий, Биохимия 44, 1884-1889.

156. Vygodina, T.V., and Konstantinov, A.A. (1987) Evidence for Two FhCVbinding Sites in Ferric Cytochrome с Oxidase. Indication to the O-cycle?, FEBS Lett. 219, 387-392.

157. Vygodina, Т., and Konstantinov, A. (1989) Effect of pH on the Spectrum of Cytochrome с Oxidase Hydrogen Peroxide Complex, Biochim. Biophys. Acta 973, 390-398.

158. Watmough, N.J., Cheesman, M.R., Greenwood, C., and Thomson, A.J. (1994) Cytochrome bo from Escherichia coli: Reaction of the Oxidized Enzyme with Hydrogen Peroxide, Biochem. J. 300, 469-475.

159. Moody, A.J., and Rich, P.R. (1994) The Reaction of Hydrogen Peroxide with Pulsed Cytochrome bo from Escherichia coli, Eur. J. Biochem. 226, 731-737.

160. Выгодина, T.B., Шмидмайер, К., Константинов, A.A. (1992) Взаимодействие окисленной цитохромоксидазы с гидроперекисями, Биол. мембраны 9, 677-692.

161. Gorren, A.C.F., Dekker, Н., and Wever, R. (1986) Kinetic investigations of cytochrome с oxidase with hydrogen peroxide, Biochim. Biophys. Acta 852, 81-92.

162. Weng, L., and Baker, G.M. (1991) Reaction of Hydrogen Peroxide with the Rapid Form of Resting Cytochrome Oxidase, Biochem. 30, 5727-5733.

163. Erman, J.E., Vitello, L.B., Miller, M.A., Shaw, A., Brown, K.A., and Kraut, J. (1993) Histidine 52 is a critical residue for rapid formation of cytochrome с peroxidse Compound I, Biochemistry 32, 9788-9806.

164. Petrich, J.W., Poyart, C., and Martin, J.L. (1988) Photophysics and reactivity of heme proteins: a femtosecond absorption study of hemoglobin, myoglobin, and protoheme, Biochemistry 27, 4049-4060.

165. Yonetani, Т., and Ray, G.S. (1965) Studies on cytochrome с peroxidase. I. Purification and some properties, J. Biol. Chem. 240, 4503-4508.

166. Li, T, Quiilin, M.L, Phillips, G.N, and Olson, J.S. (1994) Structural Determinants of the Stretching Frequensy of CO Bound to Myoglobin, Biochemistry 33, 1433-1446.

167. Mims, M.P, Porras, A.G, Olson, J.S, Noble, R.W, and Peterson, J.A. (1983) Ligand binding to heme proteins, J. Biol. Chem. 258, 14219-14232.

168. Coletta, M, Ascoli, F, Brunori, M, and Tray lor, T.G. (1986) pH Dependence of Carbon Monoxide Binding to Ferrous Horseradish Peroxidase, J. Biol Chem. 261, 9811-9814.

169. Poole, R.K, Scott, R.I, and Chance, B.R. (1981) The Light-reversible Binding of Carbon Monoxide to Cytochrome a\ in Escherichia coli K12, J. Gen. Microbiol. 125, 431-438.

170. Poole, R.K, Sivaram, A, Salmon, I, and Chance, B. (1982) Photolysis at Very Low Temperatures of CO-Liganded Cytochrome Oxidase (Cytochrome d) in Oxygen-limited Escherichia coli, FEBS. Lett. 141, 237-241.

171. Wilson, D.F. (1967) Effect of temperature on the spectral properties of some ferrocytochromes, Arch. Biochem. Biophys. 121, 757-768.

172. Vincent, J.C, Kumar, C, and Chance, B. (1982) Quantitative visible spectroscopy at low temperatures: a systematic examination,^««/. Biochem. 126, 86-93.

173. Junemann, S„ Rich, P.R, and Wrigglesworth, J.M. (1995) CO Flash Photolysis of Cytochrome bd from Azotobacter vinelandii, Biochem. Soc. Trans. 23, 157S.

174. Chang, Y„ More 11, D.B., Nichol, A.W, and Clezy, P.S. (1970) Substituted iron-chlorins and their complexes with globin. Spectral comparisons with myeloperoxidase, Biochim. Biophys. Acta 215, 88-96.

175. Martinis, S.A, Sotiriou, C, Chang, C.K., and Sligar, S.G. (1989) Characterization of cytochrome b$ reconstituted with a ferric chlorin and a ferric oxochlorin, Biochemistry 28, 879-884.

176. D'mello, R, Purchase, D, Poole, R.K, and Hill, S. (1997) Expression and content of terminal oxidases in Azotobacter vinelandii grown with excess NH4+ are modulated by O2 supply, Microbiology 143, 231-237.

177. Lehninger, A.L, Nelson, D.L, and Cox, M.M. (1993) Principles of Biochemistry, Worth Publishers. New York.

178. Verkhovsky, M.I, Morgan, J.E, Puustinen, A, and Wikstrom, M. (1996) Kinetic trapping of oxygen in cell respiration, Nature 380, 268-270.

179. Antonini, E, and Brunori, M. (1971) Hemoglobin and myoglobin in their reactions with ligands, North-Holland Publishing Co. Amsterdam.

180. Martin, J.-L, and Vos, M.H. (1992) Femtosecond biology, Annu. Rev. Biophys. Biomol. Struct. 21, 199-222.

181. Ye, X., Demidov, A., and Champion, P.M. (2002) Measurements of the photodissociation quantum yields of MbNO and Mb02 and the vibrational relaxation of the six-coordinate heme species, J. Am. Chem. Soc. 124, 5914-5924.

182. Fry, H.C, Hoertz, P.O., Wasser, I.M., Karlin, K.D., and Meyer, G.J. (2004) Efficient photodissociation of O2 from synthetic heme and heme/M (M = Fe, Cu) complexes, J. Am. Chem. Soc. 126, 16712-16713.

183. Brudvig, G.W., Stevens, T.H., and Chan, S.I. (1980) Reactions of Nitric Oxide with Cytochrome c Oxidase, Biochemistry 19, 5275-5285.

184. Henry, E.R., and Hofrichter, J. (1992) Singular value decomposition: Application to analysis of experimental data, Methods Enzymol. 210, 129-192.

185. Myer, Y.P. (1985) Circular Dichroism Studies of Electron Transfer Components. Vol. 14, pp. 149-188, Academic Press, New York.

186. Palmer, G., and Esposti, M.D. (1994) Application of Exciton Coupling Theory to the Structure of Mitochondrial Cytochrome b, Biochemistry 33, 176-185.

187. Hsu, M.C., and Woody, R.W. (1971) The origin of the heme Cotton effects in myoglobin and hemoglobin, J. Am. Chem. Soc. 93, 3515-3525.

188. Arutiunian, A.M., and Denisenko, A.N. (1986) Heme-heme interactions in circular dichroism spectra, Mol. Biol. (Mosk.) 20, 514-518.

189. Blauer, G., Sreerama, N., and Woody, R.W. (1993) Optical activity of hemoproteins in the Soret region. Circular dichroism of the heme undecapeptide of cytochrome c in aqueous solution, Biochemistry 32, 6674-6679.

190. Goldbeck, R.A., Sagle, L., Kim-Shapiro, D.B., Flores, V., and Kliger, D.S. (1997) Evidence for heme-heme excitonic coupling in the Soret circular dichroism of hemoglobin, Biochem. Biophys. Res. Commun. 235, 610-614.

191. Nicola, N.A., Minasian, E., Appleby, C.A., and Leach, S.J. (1975) Circular dichroism studies of myoglobin and leghemoglobin, Biochemistry 14, 5141-5149.

192. Degli Esposti, M., Kamensky, Y.A., Arutjunjan, A.M., and Konstantinov, A.A. (1989) A Model for Molecular Organization of Cytochrome 6-561 in Chromaffin Granule Membranes, FEBS Lett. 254, 74-78.

193. Esposti, M.D., Crimi, M„ Kurtner, C., Kruger, A., and Link, T. (1991) The Structure of the Dihaem Cytochrome b of Fumarate Reductase in Wolinella Succinogenes: Circular Dichroism and Sequence Analysis Studies, Biochim. Biophys. Acta 1056, 243-249.

194. Schoepp, B., Chabaud, E., Breyton, C., Vermeglio, A., and Popot, J.L. (2000) On the spatial organization of hemes and chlorophyll in cytochrome b(f. A linear and circular dichroism study, J. Biol. Chem. 275, 5275-5283.

195. Riistama, S., Puustinen, A., Garcia-Horsman, A., Iwata, S., Michel, H., and Wikstrom, M. (1996) Channelling of dioxygen into the respiratory enzyme, Biochim. Biophys. Acta 1275, 1-4.

196. Hill, B.C. (1994) Modeling the sequence of electron transfer reactions in the single turnover of reduced, mammalian cytochrome c oxidase with oxygen, J. Biol. Chem. 269, 2419-2425.

197. Verkhovsky, M.I., Morgan, J.E., and Wikstrom, M. (1994) Oxygen binding and activation: early steps in the reaction of oxygen with cytochrome c oxidase, Biochemistry 33, 3079-3086.

198. Battino, R., Rettich, T.R., and Tominaga, T. (1983) The solubility of oxygen and ozone in liquids, J. Phys. Chem. Ref. Data 12, 163-178.

199. Hofacker, I., and Schulten, K. (1998) Oxygen and proton pathways in cytochrome c oxidase, Proteins 30, 100-107.

200. Salomonsson, L., Lee, A., Gennis, R.B., and Brzezinski, P. (2004) A single-amino-acid lid renders a gas-tight compartment within a membrane-bound transporter, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 101, 11617-11621.

201. Jones, P., and Dunford, H.B. (2005) The mechanism of Compound I formation revisited, J. Inorg. Biochem. 99,2292-229%.

202. Baek, H.K., and Van Wart, H.E. (1989) Elementary steps in the formation of horseradish peroxidase compound I: direct observation of compound 0, a new intermediate with a hyperporphyrin spectrum, Biochemistry 28, 5714-5719.

203. Shintaku, M., Matsuura, K., Yoshioka, S., Takahashi, S., Ishimori, K., and Morishima, I. (2005) Absence of a detectable intermediate in the compound I formation of horseradish peroxidase at ambient temperature, J. Biol. Chem. 280, 40934^0938.

204. Han, S., Ching, Y.-c., and Rousseau, D.L. (1990) Ferryl and Hydroxy Intermediates in the Reaction of Oxygen with Reduced Cytochrome c Oxidase, Nature 348, 89-90.

205. Hill, B.C. (1991) The Reaction of the Electrostatic Cytochrome c-Cytochrome Oxidase Complex with Oxygen, J. Biol. Chem. 266, 2219-2226.

206. Morgan, J.E., Verkhovsky, M.I., and Wikstrom, M. (1996) Observation and Assignment of Peroxy and Ferryl Intermediates in the Reduction of Dioxygen to Water by Cytochrome c Oxidase, Biochemistry 35, 12235-12240.

207. Kitagawa, T., and Ogura, T. (1997) Oxygen Activation Mechanism at the Binuclear Site of Heme-Copper Oxidase Superfamily as Revealed by Time-Resolved Resonance Raman Spectroscopy, Prog. Inorg. Chem. 45, 431-479.

208. Proshlyakov, D.A., Pressler, M.A., and Babcock, G.T. (1998) Dioxygen activation and bond cleavage by mixed-valence cytochrome c oxidase, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 95, 8020-8025.

209. Gennis, R.B. (1998) Multiple proton-conducting pathways in cytochrome oxidase and a proposed role for the active-site tyrosine, Biochim. Biophys. Acta 1365, 241-248.

210. Fabian, M., Wong, W.W., Gennis, R.B., and Palmer, G. (1999) Mass spectrometric determination of dioxygen bond splitting in the "peroxy"' intermediate of cytochrome c oxidase, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 96, 13114-13117.

211. Proshlyakov, D.A., Pressler, M.A., DeMaso, C., Leykam, J.F., DeWitt, D.L., and Babcock, G.T. (2000) Oxygen activation and reduction in respiration: Involvement of redox-active tyrosine 244, Science 290, 1588-1591.

212. Takahashi, S., Ching, Y.-c., Wang, J., and Rousseau, D.L. (1995) Microsecond generation of oxygen-bound cytochrome c oxidase by rapid solution mixing, J. Biol. Chem. 270, 8405-8407.

213. Greenwood, C., Wilson, M.T., and Brunori, M. (1974) Studies on Partially Reduced Mammalian Cytochrome Oxidase, Biochem. J. 137, 205-215.

214. Morgan, J.E., Verkhovsky, M.I., Palmer, G., and Wikstrom, M. (2001) Role of the PR intermediate in the reaction of cytochrome c oxidase with O2, Biochemistry 40, 68826892.

215. Karpefors, M., Adelroth, P., Namslauer, A., Zhen, Y., and Brzezinski, P. (2000) Formation of the "peroxy" intermediate in cytochrome c oxidase is associated with internal proton/hydrogen transfer, Biochemistry 39, 14664-14669.

216. Sucheta, A., Szundi, I., and Einarsdottir, O. (1998) Intermediates in the reaction of fully reduced cytochrome c oxidase with dioxygen, Biochemistry 37, 17905-17914.

217. Brzezinski, P. (2004) Redox-driven membrane-bound proton pumps, Trends Biochem. Sci. 29, 380-387.

218. Brunori, M., Giuffre, A., and Sarti, P. (2005) Cytochrome c oxidase, ligands and electrons, J. Inorg. Biochem. 99, 324-336.

219. Hosier, J.P., Ferguson-Miller, S., and Mills, D.A. (2006) Energy transduction: proton transfer through the respiratory complexes, Annu. Rev Biochem. 75, 165-187.

220. Yoshikawa, S., Muramoto, K., Shinzawa-Itoh, K., Aoyama, H., Tsukihara, T., Ogura, T., Shimokata, K., Katayama, Y., and Shimada, H. (2006) Reaction mechanism of bovine heart cytochrome c oxidase, Biochim. Biophys. Acta 1757, 395-400.

221. Stubbe, J., and van Der Donk, W.A. (1998) Protein radicals in enzyme catalysis, Chem. Rev. 98, 705-762.

222. Brown, G.C., and Cooper, C.E. (1994) Nanomolar concentrations of nitric oxide reversibly inhibit synaptosomal respiration by competing with oxygen at cytochrome oxidase, FEBS Lett. 356, 295-298.

223. Torres, J., Darley-Usmar, V., and Wilson, M.T. (1995) Inhibition of cytochrome c oxidase in turnover by nitric oxide: mechanism and implications for control of respiration, Biochem. J. 312, 169-173.

224. Giuffre, A., Sarti, P., D'ltri, E., Buse, G„ Soulimane, T., and Brunori, M. (1996) On the mechanism of inhibition of cytochrome c oxidase by nitric oxide, J. Biol. Chem. 271, 33404-33408.

225. Sarti, P., Giuffre, A., Forte, E„ Mastronicola, D„ Barone, M.C., and Brunori, M. (2000) Nitric oxide and cytochrome c oxidase: mechanisms of inhibition and NO degradation, Biochem. Biophys. Res. Commun. 274, 183-187.

226. Forte, E, Urbani, A, Saraste, M, Sarti, P, Brunori, M, and Giuffre, A. (2001) The cytochrome cbb^ from Pseudomonas stutzeri displays nitric oxide reductase activity, Eur. J. Biochem. 268, 6486-6491.

227. Butler, C, Forte, E, Maria Scandurra, F, Arese, M, Giuffre, A, Greenwood, C, and Sarti, P. (2002) Cytochrome bo(3) from Escherichia coli: the binding and turnover of nitric oxide, Biochem. Biophys. Res. Commun. 296, 1272-1278.

228. Hendriks, J, Warne, A, Gohlke, U, Haltia, T, Ludovici, C, Lubben, M, and Saraste, M. (1998) The active site of the bacterial nitric oxide reductase is a dinuclear iron center, Biochemistry 37, 13102-13109.

229. Cheesman, M.R, Zumft, W.G, and Thomson, A.J. (1998) The MCD and EPR of the heme centers of nitric oxide reductase from Pseudomonas stutzeri: evidence that the enzyme is structurally related to the heme-copper oxidases, Biochemistry 37, 3994-4000.

230. Stubauer, G, Giuffra, A, Brunori, M, and Sarti, P. (1998) Cytochrome c oxidase does not catalyze the anaerobic reduction of NO, Biochem. Biophys. Res. Commun. 245, 459465.

231. Torres, J, Cooper, C.E, and Wilson, M.T. (1998) A Common Mechanism for the Interaction of Nitric Oxide with the Oxidized Binuclear Centre and Oxygen Intermediates of Cytochrome c Oxidase, J. Biol. Chem. 273, 8756-8766.

232. Giuffre, A, Barone, M.C, Mastronicola, D, DTtri, E„ Sarti, P, and Brunori, M. (2000) Reaction of Nitric Oxide with the Turnover Intermediates of Cytochrome c Oxidase: Reaction Pathway and Functional Effects, Biochemistry 39, 15446-15453.

233. Herold, S, and Rehmann, F.-J.K. (2001) Kinetic and mechanistic studies of the reactions of nitrogen monoxide and nitrite with ferryl myoglobin, J. Biol. Inorg. Chem. 6, 543-555.

234. Herold, S, and Rehmann, F.-J.K. (2003) Kinetic of the reactions of nitrogen monoxide and nitrite with ferryl hemoglobin, Free Radic. Biol. Med. 34, 531-545.

235. Lemon, D.D, Calhoun, M.W, Gennis, R.B, and Woodruff, W.H. (1993) The Gateway to the Active Site of Heme-Copper Oxidases, Biochemistry 32, 11953-11956.

236. MacMicking, J, Xie, Q.W, and Nathan, C. (1997) Nitric oxide and macrophage function, Annu. Rev. Immunol. 15, 323-350.

237. Richardson, A.R, Dunman, P.M., and Fang, F.C. (2006) The nitrosative stress response of Staphylococcus aureus is required for resistance to innate immunity, Mol. Microbiol. 61, 927-939.

238. Pettigrew, G.W, and Moore, G.R. (1987) Cytochromes c. Biological Aspects, SpringerVerlag. Cambridge, Masschusetts.

239. Выражаю глубочайшую благодарность Александру Александровичу Константинову за постоянное внимание, поддержку, доброжелательность, помощь в планировании экспериментов и при обсуждении полученных результатов.

240. Искренне благодарю Владимира Петровича Скулачева и Андрея Дмитриевича Виноградова за интерес к работе, полезное обсуждение и критические замечания.

241. Я чрезвычайно признателен Александру Миграновичу Арутюняну за совместные измерения КД и МКД, постоянную помощь и участие.

242. Благодарю Сергея Силецкого, Ирину Анатольевну Смирнову, Татьяну Владимировну Выгодину, Наташу Ацаркину, Ирину Новикову за доброе отношение, помощь в работе и поддержку.

243. Наконец, я благодарен всем сотрудникам отделов биоэнергетики и молекулярной энергетики микроорганизмов за всестороннюю помощь и поддержку.