Спектры поглощения и кругового дихроизма цитохром с-оксидазы: определениеиндивидуальных вкладов гемов а и а3 тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 03.01.02, кандидат наук Дюба Артем Владимирович

• Дюба Артем Владимирович
• кандидат наук
• 2016

Оглавление диссертации кандидат наук Дюба Артем Владимирович

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

ВВЕДЕНИЕ

ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1. Общие сведения о цитохром с-оксидазе

1.1. Дыхательная цепь

1.2. Цитохром с-оксидаза

1.3. Редокс-цикл цитохром с-оксидазы ааз

1.4. Представления о передвижении протонов внутри фермента

2. Спектры поглощения гемопротеидов

2.1. Основные сведения о структуре и электронных спектрах поглощения порфиринов

2.2. Терминология и теоретическая интерпретация электронных спектров порфиринов

2.3. Возможные причины расщепления B- и Q-полос гемопротеидов

2.5. Спектры поглощения ЦО

3. Спектроскопия кругового дихроизма гемопротеидов

3.1. Физическая природа кругового дихроизма

3.2. Происхождение сигнала КД гемопротеидов

3.2.1. Оптическая активность свободных гемов

3.2.2. Взаимодействие гемов с белковым окружением

3.2.3. КД гемопротеидов с модифицированным гемом

3.3. Методы расчета спектров кругового дихроизма

3.3. Круговой дихроизм ЦО

4. Взаимодействие ЦО с кальцием

4.1. Избирательный спектральный сдвиг, вызываемый кальцием

4.2. Ингибирование активности ЦО кальцием

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

1. Препараты

2. Измерения

2.1. Спектры поглощения

2.2. Исследования фотовыцветания гемов с помощью фемтосекундной спектроскопии

2.3. Круговой дихроизм

2.4. Регистрация быстрой кинетики восстановления

3. Обработка данных

РЕЗУЛЬТАТЫ

Глава 1. Определение абсолютных спектров поглощения восстановленных гемов а и а3 ЦО

1.1. Реконструкция индивидуального спектра поглощения восстановленного гема а на основе избирательного спектрального сдвига этого гема при связывании Са2+

1.1.1. Абсолютный спектр поглощения гема а

Реконструкция а-полосы гема а2+

Реконструкция формы полосы Соре гема а2+

1.1.2. Предварительная оценка абсолютного спектра восстановленного гема а3 в области Соре

1.2. Избирательное фотовыцветание

1.2.1. Избирательное фотовыцветание гема а32+ в цитохром с-оксидазе Ьа3 из Пегтш ЛегторЫ1ш

1.2.2. Избирательное фотовыцветание гемов а2+ и а32+ в цитохром с-оксидазе аа3 из сердца быка

1.2.3. Выделение «чистых» спектров фотовыцветания гемов а и а3 в ЦО сердца быка

1.3. Разделение разностных спектров поглощения гемов а и а3 с помощью исследования быстрой кинетики восстановления ЦО

1.3.1. Определение разностного спектра «восстановленный минус окисленный» для гема а3 в области а-полосы

1.3.2. Обнаружение вклада СиА в изменения поглощения гемов в видимой области

1.4. Ингибирование кальцием переноса электронов через гем а

1.4.1. Ингибирование переноса электронов к гему а

1.4.2. Ингибирование переноса электронов от гема а к гему а3

Глава 2. Круговой дихроизм цитохром с-оксидазы

2.1. Экспериментальные данные по круговому дихроизму цитохром с-оксидазы

2.1.1. Спектры КД цитохромоксидазы без лигандов

2.1.2. Спектры КД оксидазы Ьа3

2.1.3. Спектры КД комплексов ЦО аа3 с СО и С^

2.2. Расчет спектров ЦО с помощью модели диполь-дипольного взаимодействия

2.2.1. Формулировка модели

2.2.2. Результаты расчетов

2.2.3. Вклад отдельных гемов в спектры КД и поглощения

2.2.4. Влияние отдельных аминокислотных остатков

2.2.4. Влияние взаимодействий с дипольными моментами переходов в пептидных

связях

ОБСУЖДЕНИЕ

1. Индивидуальные спектры поглощения восстановленных гемов а и а3 в полосе Соре: сравнение с литературными данными

2. Расщепление полосы Соре восстановленного гема а

3. Расщепление полосы Соре восстановленного гема аз

4. Различия спектров поглощения гема а32+ в оксидазах аа3- и Ьа3-типа

5. Происхождение оптической активности ЦО

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

ВЫВОДЫ

БЛАГОДАРНОСТИ

ПРИЛОЖЕНИЯ

Приложение 1. Оценки селективности возбуждения

П1.1. Селективность возбуждения гема а32+ по отношению к гему Ь2+ в ЦО Ьа3

П1.2. Селективность возбуждения гема а2+ по отношению к гему а32+ в ЦО аа3

Приложение 2. Вероятность переноса возбуждения с гема а3 на гем Ь

Приложение 3. Фотоселекция

П2.1. Теоретическое описание эффектов фотоселекции при фотовыцветании гемов

П2.2. Фотоселективные эффекты и расщепление полос поглощения гемов

Приложение 4. Определение абсолютных спектров восстановленных гемов а и а3 ЦО аа3 с помощью регистрации быстрой кинетики восстановления ЦО дитионитом: воспроизведение

опытов Ории

ИСПОЛЬЗОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

ЦО — цитохром с-оксидаза

КД — круговой дихроизм

МКД — магнитный круговой дихроизм

OD — единицы оптической плотности (optical density)

RuAm — гексааммиакат рутения

HEPES — 4-(2-оксиэтил)-1-пиперазинэтансульфоновая кислота

Tris — трис(гидроксиметил)аминометан

MES — 2-этансульфоновая кислота

EDTA (ЭДТА) — этилендиаминтетраацетат

EGTA (ЭГТА) — этиленгликольтетраацетат

TMPD (ТМФД) — ^^№,№-тетраметил-р-фенилендиамин

ЦСК — центр связывания катионов в цитохром с-оксидазе

PLS — «сайт загрузки протона» («proton loading site») в цитохром с-оксидазе

SQR — сукцинат: коэнзим Q-оксидоредуктаза

Mb (Hb) — миоглобин (гемоглобин)

MbCO (HbCO) — комплекс миоглобина (гемоглобина) с моноксидом углерода dMb (dHb) — дезоксимиоглобин (дезоксигемоглобин) НАДН — восстановленный никотинамидадениндинуклеотид

ДцН+ — транмембранная разность электрохимических потенциалов иона водорода АТФ — аденозинтрифосфат цит. с (cyt с) — цитохром с

МО-ЛКАО — приближение «молекулярные орбитали суть линейные комбинации атомных орбиталей»

DBM — Дебай*магнетон Бора

PDB — база данных структур белков и нуклеиновых кислот (Protein Data Bank)

FRET — Фёрстеровский индуктивно-резонансный механизм передачи энергии (Förster resonance energy transfer)

НОПУ — неколлинеарный оптический параметрический усилитель ATyr244 — делеция тирозина-244

Обозначения нумерации аминокислотных остатков для ЦО из разных организмов:

Y244Bt — для ЦО ааз-типа из сердца быка (Bos taurus)

Y133Thth' — для ЦО Ьаз-типа из Thermus thermophilus

R474Pd- — для ЦО аа3-типа из Paracoccus denitrificans

K362Rs- — для ЦО ааз-типа из Rhodobacter sphaeroides

ВВЕДЕНИЕ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Спектры поглощения и кругового дихроизма цитохром с-оксидазы: определениеиндивидуальных вкладов гемов а и а3»

Актуальность работы

Цитохром с-оксидаза — терминальный фермент дыхательной цепи митохондрий и аэробных бактерий. Этот фермент осуществляет важнейшую окислительно-восстановительную реакцию аэробного дыхания, — восстановление молекулярного кислорода до воды, — используя разность окислительно-восстановительных потенциалов между цитохромом с и кислородом для создания трансмембранной разности электрохимических потенциалов ионов водорода. Цитохром с-оксидаза присуща представителям всех царств живых организмов (за исключением вирусов) и является важнейшим ферментом, определяющим потребление кислорода живыми организмами: именно через нее происходит 95% всего дыхания на Земле.

Фермент представляет собой сложный молекулярный механизм, включающий в себя, помимо белковых субъединиц, простетические группы, осуществляющие перенос электронов: два гема и два медь-содержащих центра. Поэтапная расшифровка рабочего цикла цитохромоксидазы является столь же важной, сколь и сложной задачей.

Цитохромоксидаза из сердца быка Bos taurus принадлежит к эволюционно «молодому» классу оксидаз А и включает в себя гемы а и аз и ведущие к ним из водной фазы протонные каналы D, K и H. Через протонные каналы осуществляется захват протонов, необходимых для образования молекул воды, а также перенос протонов через мембрану. Ключевой вопрос в исследованиях механизма цитохромоксидазы — как сопряжены электронный и протонный транспорт внутри фермента? Для ответа на этот вопрос необходимо, в частности, проследить взаимное влияние редокс-состояния металлических центров и pK отдельных аминокислотных групп в протонных каналах. Для этого необходимо иметь возможность избирательно следить за окислением-восстановлением отдельных редокс-кофакторов, и в первую очередь — гемов а и

а3.

Гемы представляют собой хромофоры с интенсивными и узкими полосами поглощения в видимой части спектра (400-600 нм), обусловленными электронными и электронно-колебательными переходами в порфириновом кольце. Положения и интенсивность полос гемов зависят от их спинового и редокс-состояния, поэтому абсорбционная спектроскопия является

полезным чувствительным методом идентификации состояния гемов. При изучении механизма работы фермента важно различать спектральные свойства гемов а и а3. Однако полосы поглощения этих гемов сильно перекрываются. В частности, в спектре восстановленной цитохром с-оксидазы наиболее интенсивные полосы гемов а и а3, — полосы Соре, — образуют единый узкий пик, имеющий коротковолновое плечо. Несмотря на весьма широкое применение абсорбционной спектроскопии в исследованиях механизма работы цитохромоксидазы, спектры поглощения отдельных восстановленных гемов в области Соре до сих пор не определены. Не выяснена и природа коротковолнового плеча на спектре восстановленной цитохром с-оксидазы: некоторые авторы относят ее к гему а2+, другие — к гему а32+. Остаётся неясным также вклад гема а3 в изменения поглощения в видимой области спектра, где преобладает поглощение гема а. Эти вопросы в первую очередь интересовали нас в ходе работы.

В то время как спектроскопия оптического поглощения широко применяется при изучении цитохромоксидазы, другой сопряженный подход, — спектроскопия кругового дихроизма (КД) в полосах поглощения гемов, — до настоящего времени нашел по ряду обстоятельств лишь весьма ограниченное применение. Тем не менее, данный подход перспективен с точки зрения изучения структуры и механизма работы фермента, так как спектры КД характеризуются более высоким разрешением, чем обычные спектры поглощения, и, кроме того, чувствительны не только к оптическим свойствам поглощающих компонентов, но и к их взаимному пространственному расположению.

Ограниченное применение спектроскопии КД в исследованиях цитохромоксидазы, как и других цитохромных компонентов дыхательной цепи, во многом обусловлено отсутствием должного понимания происхождения оптической активности фермента. С одной стороны, по этому вопросу имеются экспериментальные данные, с другой - им не было дано надлежащего объяснения. Наличие теоретической модели кругового дихроизма цитохромоксидазы позволило бы детально описать параметры электронных переходов в гемах и разработать инструмент слежения за состоянием белкового окружения гемов.

Отдельным специальным разделом работы явилось исследование взаимодействия цитохром с-оксидазы с ионами Са2+. Известно, что связывание ионов Са2+ цитохромоксидазой в особом центре связывания катионов вызывает избирательный малый сдвиг полос поглощения гема а, и это обстоятельство было использовано нами как инструмент для определения индивидуального спектра поглощения гема а. Нам представилось интересным сопоставить действие Са2+ на спектр гема а с влиянием дикатиона на перенос электронов через этот дыхательный переносчик, которое открывает возможность прямой регуляции дыхания ионами кальция.

Цель работы:

Цель настоящей работы заключалась в экспериментальном определении индивидуальных вкладов гемов а и а3 в спектры поглощения и кругового дихроизма цитохром с-оксидазы из сердца быка, а также в анализе полученных спектров путем их разложения на отдельные электронные и электронно-колебательные переходы.

Основные задачи исследования:

1. С помощью нескольких независимых подходов, включая анализ спектрального сдвига, вызываемого ионами Са2+, и избирательное фотовыцветание, определить форму абсолютных спектров поглощения восстановленных гемов а и а3 в полосе Соре.

2. Определить разностный спектр «восстановленный минус окисленный» для гема а3 в области Y- и а-полос поглощения в покоящейся и активированной формах фермента, отличающихся состоянием кислород-редуктазного центра.

3. Выяснить, связан ли спектральный сдвиг полосы поглощения гема а под действием Са2+ с изменением скорости переноса электронов через гем а.

4. Исследовать оптическую активность цитохром с-оксидазы в разных состояниях окисления. На основе трехмерной структуры цитохромоксидазы построить модель сопряженных осцилляторов, включающую гемы и окружающие их ароматические аминокислотные остатки, и с ее помощью исследовать факторы, определяющие сигнал кругового дихроизма цитохромоксидазы в области полосы Соре поглощения гемов.

5. Используя построенную модель, определить параметры отдельных электронных переходов в полосе Соре каждого из гемов.

Научная новизна

В данной диссертационной работе предлагается ряд оригинальных экспериментальных подходов, позволяющих определить спектральные свойства отдельных гемов а и а3, таких как реконструкция спектра восстановленного гема а2+ по избирательному сдвигу его полосы поглощения при связывании Са2+, избирательное фотовыцветание гемов а и а3 в цитохром с-оксидазах аа3 и Ьа3, регистрация кинетики восстановления цитохром с-оксидазы дитионитом в присутствии гексааммиаката рутения(Ш), исследование и моделирование спектров кругового дихроизма ЦО. С помощью предложенных подходов удалось определить индивидуальные абсолютные спектры поглощения гемов а2+ и а32+ в области полосы Соре, а в области альфа-полосы — выявить абсолютный спектр гема а2+ и разностный спектр «восстановленный минус окисленный» гема а3. Кроме того, удалось установить параметры отдельных электронных

переходов в гемах и убедительно показать, что коротковолновое плечо полосы Соре на спектре поглощения восстановленной цитохром с-оксидазы обусловлено поглощением гема а32+.

Исследования быстрой кинетики восстановления цитохромоксидазы также позволили выявить вклад медного центра СиА в абсорбционный спектр цитохромоксидазы в области в-полос поглощения гемов.

На основе трехмерной структуры цитохром с-оксидазы впервые сформулирована модель сопряженных осциллирующих диполей, позволившая дать теоретическое обоснование спектрам кругового дихроизма цитохром с-оксидазы. Показано, что сигнал кругового дихроизма цитохромоксидазы в области полосы Соре объясняется диполь-дипольным взаимодействием гемов друг с другом и с электронными переходами окружающих ароматических аминокислотных остатков.

Несколькими независимыми методами подтверждено расщепление полосы Соре восстановленного гема а. С помощью моделирования спектров кругового дихроизма показано, что диполь-дипольное взаимодействие гема а с гемом а3 и ближайшими ароматическими аминокислотными остатками способствует снятию вырождения электронных переходов полосы Соре.

Впервые установлено, что связывание ионов кальция ингибирует поступление электронов на гем а и перенос электрона с гема а на гем а3.

Научно-практическая значимость работы

Полученные результаты позволяют лучше понять и интерпретировать спектральные свойства цитохром с-оксидаз аа3 из сердца быка и bаз из Thermus thermophilus. Результаты работы углубляют современные представления о спектрах низко- и высокоспиновых гемов и представляют несомненный интерес для специалистов в области спектроскопии поглощения гемопротеидов и, в особенности, терминальных оксидаз, а также для исследователей, использующих метод абсорбционной спектроскопии для изучения механизма работы гем-содержащих ферментов.

Предложенный метод избирательного фотовыцветания, примененный в данной работе к оксидазам аа3 и bаз, может быть также полезен при изучении других мультигемовых белков.

Модели сопряженных осцилляторов, аналогичные описанной в данной работе, могут быть использованы при изучении кругового дихроизма белков, пептидов и нуклеиновых кислот.

Положения, выносимые на защиту

1. С помощью нескольких независимых подходов разделены перекрывающиеся спектры поглощения восстановленных гемов а и а3 в полосе Соре цитохром с-оксидазы. Полученные разными методами формы спектров согласуются между собой.

2. Формы индивидуальных полос поглощения восстановленных гемов а и а3 не соответствуют общепринятым в литературе. Найдены возможные причины ошибок в предшествующих работах.

3. Спектр поглощения каждого из восстановленных гемов может быть описан вкладами двух чисто электронных переходов, расщепленных по энергии на ~10 нм. В отличие от спектра гема а, спектр гема а3 содержит вклад дополнительной коротковолновой полосы, предположительно описывающей совокупность вибронных спутников.

4. Разделение фаз восстановления гемов а и а3 с помощью методов быстрой кинетики позволило впервые получить экспериментально разностный спектр (восстановленный минус окисленный) гема а3; форма спектра существенно отличается для активированной и неактивированной цитохромоксидазы.

5. Сдвиг спектра поглощения гема а, вызываемый присоединением ионов Са2+ в специальном центре связывания катионов, сопровождается замедлением переноса электронов через этот редокс-центр.

6. Разработана модель, позволяющая рассчитать спектр КД цитохромоксидазы в полосе Соре на основании спектра поглощения и трехмерной структуры фермента. Оптическая активность фермента может быть количественно объяснена диполь-дипольным взаимодействием гемов друг с другом и белковым окружением. Моделирование кругового дихроизма подтверждает расщепление электронных переходов в восстановленном геме а.

7. Изменения поглощения в области 470-580 нм, сопровождающие восстановление гема а, содержат заметный вклад видимой меди "СиА", обычно считающейся бесцветной в этом диапазоне.

Апробация. Результаты диссертационной работы представлены на 16-ой, 17-ой и 18-ой Европейских конференциях биоэнергетиков (Варшава, 2010, Фрайбург, 2012, Лиссабон, 2014), международных конференциях «Математика. Компьютер. Образование» (Дубна/Пущино, 2008, 2009, 2010), 17-й конференции студентов и молодых ученых «Ломоносов» (Москва, 2010) и 79-й Гарденовской конференции «Выделение и восстановление кислорода — общие принципы» (Инсбрук, Австрия, 2016).

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 18 печатных работ, в том числе 5 статей в журналах из «Перечня ВАК РФ».

Структура и объем работы. Диссертационная работа включает 209 страниц машинописного текста, 8 таблиц, 66 рисунков, и содержит разделы «Введение», «Обзор литературы», «Результаты», «Обсуждение», «Заключение», «Выводы» и «Приложения». Список цитированной литературы включает 244 источника.

ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1. Общие сведения о цитохром с-оксидазе. 1.1. Дыхательная цепь.

Аэробное дыхание представляет собой химический процесс получения энергии, необходимых для жизнедеятельности организмов, при окислении органических веществ кислородом. Первичные процессы окисления включают в себя цикл Кребса, гликолиз, ß-окисление жирных кислот. Их итогом является образование НАДН, сукцината, ацетил-КоА и глицерофосфата, которые затем поставляют электроны для дыхательной цепи.

Дыхательная цепь представляет собой последовательность ферментов, осуществляющих перенос электронов от низкопонтенциального субстрата на конечный акцептор — молекулу кислорода. Энергия разности потенциалов этого экзергонического процесса запасается в виде разности электрохимических потенциалов ионов водорода на мембране (ДцН+), которая затем расходуется на образование универсального переносчика энергии — АТФ [1]. Этот процесс носит название окислительного фосфорилирования. В клетках эукариотов ферменты дыхательной цепи встроены во внутреннюю мембрану митохондрий (рисунок 1), а у прокариотов — в цитоплазматическую мембрану [2].

В дыхательной цепи митохондрий происходит перенос электронов от НАДН (Eo=-320 мВ) или сукцината (Eo=+24 мВ), к кислороду (Eo=+820 мВ). В случае окисления НАДН в запасании энергии, высвобождающейся в результате окислительно-восстановительной реакции, участвуют три крупных мультисубъединичных фермента, сопрягающих дыхание и фосфорилирование, а именно, НАДН: fcQ оксидоредуктаза (комплекс I дыхательной цепи), КоQH2:цитохром с оксидоредуктаза, (комплекс цитохромов bei, или комплекс III дыхательной цепи) и цитохром с оксидаза (комплекс IV дыхательной цепи). Эти ферменты осуществляют эндергонический перенос ионов Н+ через мембрану из митохондриального матрикса (у бактерий - из цитоплазмы) в межмембранное пространство митохондрий (у бактерий — в периплазму), против электрического поля и в сторону увеличения концентрации Н+. Окисление сукцината осуществляет сукцинат:КоQ-оксидоредуктаза. В этом случае участвуют лишь два пункта сопряжения: комплексы III и IV. Перенос электронов между комплексами осуществляют мобильные переносчики: fcQ (убихинон) доставляет электроны от комплексов I и II к комплексу III, а цитохром с действует на участке между комплексами III и IV [3].

Рисунок 1. Митохондриальная цепь переноса электронов. Показаны комплексы 1-1У, убихинон и цитохром с (Cyt с). Из [2], с изменениями.

1.2. Цитохром с-оксидаза.

Цитохром с-оксидаза (ЦО), или комплекс IV, действует на конечном участке дыхательной цепи подавляющего числа эукариотов и многих бактерий и осуществляет перенос 4-х электронов от цитохрома с к кислороду, сопряженный с транслокацией через мембрану ионов H+ (см. обзоры [4-7]).

У многих бактерий присутствуют также хинолоксидазы — оксидазы, способные передавать электроны на кислород прямо от восстановленного убихинола или его аналогов, минуя комлекс III и стадии восстановления/окисления цитохрома с (например, гем-медь-содержащая оксидаза типа Ьоз [8] или хинолоксидаза bd в дыхательной цепи Escherichia coli [9]).

В зависимости от строения каталитического центра, все терминальные оксидазы подразделяются на два семейства: гем-медные цитохромоксидазы и оксидазы типа bd. Большинство терминальных оксидаз, в том числе митохондриальная ЦО, относятся к гем-медным оксидазам. В субъединице I этих оксидаз содержится уникальный биметаллический («биядерный») центр, состоящий из высокоспинового гема и атома меди (Cub). Это каталитический центр, в котором происходит восстановление молекулы кислорода. Вместе с присутствующим в этой же субъединице низкоспиновым 6-координированным гемом, биядерный центр определяет элемент строения, свойственный всем гем-медным оксидазам [5].

Оксидазы типа bd являются хинолоксидазами. Они имеют совершенно другое строение каталитического центра: его составляют два высокоспиновых гема d и b, и в нем нет атома меди [5].

На основании сходства аминокислотной последовательности и, в частности, ключевых аминокислотных остатков, вовлеченных в транслокацию протонов, гем-медь-содержащие оксидазы подразделяются на три класса, предположительно соответствующие трем линиям эволюции аэробных организмов: А (к этому типу принадлежит митохондриальный фермент), B (оксидазы, подобные ЦО Ьаз из Thermus thermophilus) и C (оксидазы типа сЬЬз) [10]. В настоящее время известны трехмерные структуры нескольких оксидаз из всех трех классов. В частности, получены структуры четырех оксидаз класса А: ЦО ааз-типа из сердца быка в восстановленном и окисленном состоянии [11-13], окисленной в комплексе с азидом [13], восстановленной в комплексе с CO, NO, CN- [13-15]; ЦО аа3 из Paracoccus denitrificans в окисленной [16,17] и восстановленной [17] форме; ЦО aa3 из Rhodobacter sphaeroides в окисленном [18,19] и восстановленном состоянии и в форме восстановленного комплекса с цианидом [20], а также хинолоксидазы bo3 из E. coli (окисленная форма) [8]. Кроме того,

расшифрована структура одной гем-медной оксидазы класса B — ЦО ba3 из Thermus thermophilus в окисленной [21,22] и восстановленной форме [23], и ЦО типа сЬЬз из Pseudomonas stutzeri, принадлежащей к классу C [24].

Митохондриальная ЦО (класс А) представляет собой сложный фермент, состоящий из 13 субъединиц с общей молекулярной массой около 200 кДа. «Большие» субъединицы I и II, несущие все редокс-центры, и субъединица III, стабилизирующая субъединицу I, кодируются митохондриальным геномом и образуют каталитическое ядро митохондриальной ЦО. Дополнительные «малые» субъединицы кодируются ядерным геномом и выполняют различные регуляторные функции. Терминальные оксидазы бактерий состоят из небольшого числа субъединиц (в основном трех-четырех), три из которых гомологичны субъединицам I, II и III митохондриальной ЦО.

Общий план строения гем-медных оксидаз представлен на рисунке 2.

Цитохром с взаимодействует с гидрофильным доменом субъединицы II. В случае ЦО классов A и B рядом с предполагаемым местом связывания цитохрома c располагается «входной» кофактор — биядерный медный центр Cua, представляющий собой два расположенных близко друг от друга атома меди (Cua+1'5-Cua+1'5 ). В ЦО cbb3 из Pseudomonas stutzeri роль входного кофактора играют три гема с, расположенных на двух субъединицах.

В глубине субъединицы I митохондриальной ЦО, на уровне примерно 2/3 толщины мембраны, располагаются два гема, — a и a3, идентичные по химическому строению. Оба гема ориентированы перпендикулярно плоскости мембраны. Расстояние между центрами гемов составляет около 1.3 нм. Ион железа гема а координируется двумя аксиальными гистидинами. К гему a3 подходит канал, по которому кислород проникает внутрь молекулы. Пятый («проксимальный») лиганд представлен остатком гистидина, в то время как место шестого лиганда в восстановленном ферменте свободно, и его может занять молекула О2. Данные спектроскопии показывают, что железо гема а находится в низкоспиновом состоянии, а железо гема аз в отсутствие внешних сильных лигандов — в высокоспиновом. На расстоянии 0.4-0.5 нм от иона железа гема аз располагается ион меди Cub, координируемый тремя остатками гистидина. Гем а3 и CuB образуют биядерный центр, в котором происходит восстановление кислорода. Обе гемовые группы митохондриальной ЦО представлены гемами А, однако бактериальные оксидазы могут содержать также гемы B (например, ba3 из Thermus thermophilus) или O (bo3 из E. coli).

Рисунок 2. Редокс-кофакторы ЦО. Показано место присоединения цитохрома с (Cyt с), СиА, гем а и биядерный центр (гем а3 + Сив).

1.3. Редокс-цикл цитохром с-оксидазы ааз

Цитохром с-оксидаза катализирует реакцию

4 цит. с2+ + О2 + 4H+ - 4 цит. с3+ + 2ШО

Четыре электрона от окисляемых на поверхности мембраны молекул цитохрома с переносятся к расположенному в глубине фермента биядерному центру, куда с противоположной стороны мембраны поступают также 4 протона, необходимых для образования молекул воды («химические протоны»). Однако, как было показано Вистремом [25], восстановление O2 сопровождается переносом протонов с внутренней стороны мембраны на внешнюю в стехиометрическом соотношении 1 H+/1e-, то есть ЦО работает как протонная помпа. Таким образом, на каждую молекулу кислорода на внутренней стороне мембраны захватываются восемь протонов, из которых четыре переносятся на внешнюю сторону («помповые» протоны). Суммарная стехиометрия переноса зарядов через мембрану составляет 1H+/1e.

Путь переноса электронов через цитохромоксидазу описывается следующей схемой [26]:

цитохром с — Cua — гем a — гем аз/Сив — О2

Поскольку цитохром с представляет собой одноэлектронный переносчик, в физиологических условиях 4 электрона поступают в фермент последовательно, по одному. Cua и гем а обеспечивают их транспорт к биядерному центру. Редокс-цикл ЦО включает ряд интермедиатов, различающихся состоянием биядерного центра: атом железа гема аз может принимать степени окисления Fe+2, Fe+3, Fe4+=O (феррильное состояние), а атом меди может находиться в состояниях Cub*+ и Cub2+.

Первые два электрона восстанавливают биядерный центр (Fe+2 Cub2+, соединение R2 рисунок 3), в результате чего становится возможным присоединение молекулы кислорода. При этом образуется форма, в котором железо гема а3 связано с супероксид-радикалом (Fe3+-O2-, соединение S (от superoxide), обозначаемое также «А» ). Для интермедиата S характерна полоса поглощения при 595 нм, соответствующая переходу гема а3 в окисленное низкоспиновое состояние. Второй электрон, донируемый Cub*+, восстанавливает связанный супероксид, образуя ферри-пероксикомплекс P (Fe+3-O-O2- CuB2+). Последующее асимметричное присоединение двух «химических» протонов приводит к образованию ферри-дигидропероксикомплекса Po (Fe+3-

Рисунок 3. Цикл окислительно-восстановительных реакций ЦО. Первые два электрона переводят окисленное состояние (О) в двухэлектронно-восстановленное ^2), в котором биядерный центр связывает кислород (состояние S). Поступление первых двух электронов сопряжено с переносом помповых протонов. После этого кислород восстанавливается до перекиси за счет окисления Сив, проходя гипотетические состояния Р и Ро. Для этого нужны 2 химических протона. Для дальнейшего гетеролитического расщепления перекиси требуется два дополнительных электрона, один из которых отнимается от железа, переводя его в феррильное состояние, а второй, по-видимому, от ближайшей аминокислоты, возможно, Y244в•t• (состояние FI). Приход следующего электрона гасит радикал (состояние Fп). Четвертый электрон восстанавливает Fп до окисленного состояния. В каждом из двух последних переходов захватывается два протона и выбрасывается один протон. Из [26], с изменениями.

О~ОШ). В таком комплексе связь О-О нестабильна, и очень быстро происходит ее гетеролитический разрыв с образованием первой молекулы воды. Второй атом кислорода остается связанным с гемовым железом и присоединяет два электрона: один из них отнимается от гемового железа, переводя его в феррильное состояние, а происхождение второго электрона до сих пор обсуждается. Вероятнее всего, донором этого электрона выступает тирозин Y244, ковалентно связанный с одним из гистидинов, координирующих Сив. В результате гетеролитического расщепления О-О-связи образуется первое оксоферрильное состояние гемового железа FI ^е4+=О2", Y*), до сих пор ошибочно называемое в литературе интермедиатом Рм («перокси»-комплекс). В разностном спектре относительно окисленного фермента это состояние имеет характерный максимум поглощения при 607 нм (Де ~ 11-12 мМ"1см"1). При поступлении третьего электрона фермент переходит во второе оксоферрильное состояние Fи, в котором железо гема а3 остается в феррильном состоянии ^е4+=О2"), а радикал аминокислотного остатка гасится пришедшим электроном. Для формы Fп характерен максимум поглощения при 580 нм (Де ~ 5 мМ"1см"1). Четвертый электрон приходит в биядерный центр, восстанавливая феррильный комплекс железа гема а3 до Fe3+-OH" и возвращая фермент в исходное окисленное состояние. В начале следующего цикла захватываются два химических протона для образования второй молекулы воды (рисунок 3) [26].

Связывание молекулярного кислорода и его двухэлектронное восстановление до перекиси водорода типично для механизма работы оксидаз (например, флавиновых), поэтому такую последовательность реакций можно назвать собственно оксидазной фазой. Однако дальнейшие стадии (начиная с гетеролитического разрыва связи О-О) характерны для редокс-цикла пероксидаз, и совокупность этих превращений можно рассматривать как пероксидазную фазу. Оксидазная фаза может быть шунтирована, и фермент из окисленного состояния переведен сразу в пероксидазную фазу, при взаимодействии с перекисью водорода в присутствии донора электронов [27] (рисунок 3).

1.4. Представления о передвижении протонов внутри фермента.

Биядерный центр ЦО располагается на расстоянии примерно 1/3 толщины мембраны от ее внешней стороны, обращенной в межмембранное пространство. Поэтому не только помповые, но и «химические» протоны, поступающие из внутренней водной фазы, вынуждены преодолевать в гидрофобной внутрибелковой среде значительные расстояния. В структуре ЦО прослеживаются специальные пути — протонные каналы, через которые осуществляется перенос протонов в белке поперек мембраны. Они состоят из кластеров молекул воды и протонируемых аминокислотных остатков, образующих сеть водородных связей, а протоны

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Дюба Артем Владимирович, 2016 год

ИСПОЛЬЗОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА

1. Mitchell P. Coupling of Phosphorylation to Electron and Hydrogen Transfer by a Chemi-Osmotic Type of Mechanism // Nature. 1961. Vol. 191. P. 141-148.

2. Nelson D.L., Cox M.M. Lehninger Principles of biochemistry. 5th ed. New York: W.H. Freeman, 2008.

3. Скулачев В.П., Богачев А.В., Каспаринский Ф.О. Мембранная биоэнергетика. Москва: Издательство Московского университета, 2010.

4. Ferguson-Miller S., Babcock G.T. Heme/Copper Terminal Oxidases. // Chem. Rev. 1996. Vol. 96, № 7. P. 2889-2908.

5. Belevich I., Verkhovsky M.I. Molecular mechanism of proton translocation by cytochrome c oxidase. // Antioxid. Redox Signal. 2008. Vol. 10, № 1. P. 1-29.

6. Yoshikawa S., Muramoto K., Shinzawa-Itoh K. Proton-pumping mechanism of cytochrome C oxidase. // Annu. Rev. Biophys. 2011. Vol. 40. P. 205-223.

7. Yoshikawa S., Shimada A. Reaction mechanism of cytochrome c oxidase. // Chem. Rev. American Chemical Society, 2015. Vol. 115, № 4. P. 1936-1989.

8. Abramson J. et al. The structure of the ubiquinol oxidase from Escherichia coli and its ubiquinone binding site // Nat. Struct. Biol. 2000. Vol. 7. P. 910-917.

9. Arutyunyan A.M. et al. Strong excitonic interactions in the oxygen-reducing site of bd-type oxidase: The Fe-to-Fe distance between hemes d and b595 is 10 A // Biochemistry. 2008. Vol. 47. P. 1752-1759.

10. Pereira M.M., Santana M., Teixeira M. A novel scenario for the evolution of haem-copper oxygen reductases. // Biochim. Biophys. Acta. 2001. Vol. 1505, № 2-3. P. 185-208.

11. Tsukihara T. et al. The low-spin heme of cytochrome c oxidase as the driving element of the proton-pumping process // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2003. Vol. 100, № 26. P. 15304-15309.

12. Tsukihara T. et al. The Whole Structure of the 13-Subunit Oxidized Cytochrome c Oxidase at 2.8 Е // Science (80-. ). 1996. Vol. 272. P. 1136-1144.

13. Yoshikawa S. et al. Redox-Coupled Crystal Structural Changes in Bovine Heart Cytochrome c Oxidase // Science (80-. ). 1998. Vol. 280. P. 1723-1729.

14. Muramoto K. et al. Bovine cytochrome c oxidase structures enable O2 reduction with minimization of reactive oxygens and provide a proton-pumping gate // Proc Natl Acad Sci U S

15,

16,

17,

18,

19,

20,

21,

22,

23,

24,

25

26

27

28

A. 2010. Vol. 107. P. 7740-7745.

Ohta K. et al. X-ray structure of the NO-bound CuB in bovine cytochrome c oxidase // Acta Cryst. 2010. Vol. F66. P. 251-253.

Iwata S. et al. Structure at 2.8 E Resolution of Cytochrome c Oxidase from Paracoccus denitrificans // Nature. 1995. Vol. 376. P. 660-669.

Harrenga A., Michel H. The cytochrome c oxidase from Paracoccus denitrificans does not change the metal center ligation upon reduction. // J. Biol. Chem. 1999. Vol. 274, № 47. P. 33296-33299.

Qin L. et al. Identification of conserved lipid/detergent-binding sites in a high-resolution structure of the membrane protein cytochrome c oxidase // Proc Natl Acad Sci U S A. 2006. Vol. 103. P. 16117-16122.

Svensson-Ek M. et al. The X-ray Crystal Structures of Wild-type and EQ(I-286) Mutant Cytochrome c Oxidases from Rhodobacter sphaeroides. // J. Mol. Biol. 2002. Vol. 321. P. 329339.

Qin L. et al. Redox dependent conformational changes in cytochrome c oxidase suggest a gating mechanism for proton uptake // Biochem. 2009. Vol. 48. P. 5121-5130.

Soulimane T. et al. Structure and mechanism of the aberrant ba3-cytochrome c oxidase from Thermus thermophilus // EMBO J. 2000. Vol. 19, № 8. P. 1766-1776.

Hunsicker-Wang L.M. et al. A novel cryoprotection scheme for enhancing the diffraction of crystals of recombinant cytochrome ba3 oxidase from Thermus thermophilus. // Acta Crystallogr. D. Biol. Crystallogr. International Union of Crystallography, 2005. Vol. 61, № Pt 3. P. 340-343.

Liu B. et al. Combined Microspectrophotometric and Crystallographic Examination of Chemically Reduced and X-ray Radiation-Reduced Forms of Cytochrome ba3 Oxidase from Thermusthermophilus: Structure of the Reduced Form of the enzyme // Biochem. 2009. Vol. 48. P. 820-826.

Buschmann S. et al. The structure of cbb3 cytochrome oxidase provides insights into proton pumping. // Science. 2010. Vol. 329, № 5989. P. 327-330.

Wikstrom M. Proton Pump Coupled to Cytochrome c Oxidase in Mitochondria // Nature. 1977. Vol. 266. P. 271-273.

Siletsky S.A., Konstantinov A.A. Cytochrome c oxidase: charge translocation coupled to single-electron partial steps of the catalytic cycle. // Biochim. Biophys. Acta. 2012. Vol. 1817, № 4. P. 476-488.

Konstantinov A.A. et al. Ferrocyanide peroxidase activity of cytochrome c oxidase // Biochim. Biophys. Acta. 1998. Vol. 1363, № 1. P. 11-23.

Konstantinov A.A. et al. The roles of the two proton input channels in cytochrome c oxidase

29,

30,

31,

32,

33,

34,

35,

36,

37,

38,

39

40

41

42

43

from Rhodobacter sphaeroides probed by the effects of site-directed mutations on time resolved electrogenic intraprotein proton transfer // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1997. Vol. 94. P. 90859090.

Vygodina T. V et al. Proton pumping by cytochrome c oxidase is coupled to peroxidase half of its catalytic cycle. // FEBS Lett. 1997. Vol. 412, № 3. P. 405-409.

Vygodina T. V et al. The mechanism of inhibition of electron transfer by amino acid replacement K362M in a proton channel of Rhodobacter sphaeroides cytochrome c oxidase // Biochemistry. 1998. Vol. 37. P. 3053-3061.

Yoshikawa S. A cytochrome c oxidase proton pumping mechanism that excludes the O2 reduction site // FEBS Lett. 2003. Vol. 555. P. 8-12.

Kirichenko A. V et al. Cytochrome c oxidase as a calcium binding protein. Studies on the role of a conserved aspartate in helices XI-XII cytoplasmic loop in cation binding // Biochem. 2005. Vol. 44. P. 12391.

Lee A. et al. Ca2+ -binding site in Rhodobacter sphaeroides cytochrome c oxidase. // Biochemistry. 2002. Vol. 41. P. 8886-8898.

Rich P.R., Maréchal A. Functions of the hydrophilic channels in protonmotive cytochrome c oxidase. // J. R. Soc. Interface. 2013. Vol. 10, № 86. P. 20130183.

Гуринович Г.П., Севченко А.Н., Соловьев К.Н. Спектроскопия порфиринов // Успехи физических наук. 1963. Vol. 79, № 2. P. 173-234.

Woodruff W.H. et al. Modern Approaches to the Study of Cytochrome Oxidase. Resonance Raman and Magnetic Circular Dichroism Characterization of the Enzyme and Its Derivatives // Adv. Chem. Ser. Electrochem. Spectrochem. Stud. Biol. Redox Components. 1982. Vol. 201. P. 625-659.

Platt J.R. Electronic structure and excitation of polyenes and porphyrins // Radiation biology / ed. Hollaender A. New York: McGraw-Hill, 1956. P. 71-123.

Margoliash E., Frohwirt N. Spectrum of horse-heart cytochrome c. // Biochem. J. 1959. Vol. 71, № 3. P. 570-572.

Simpson W.T. On the Theory of the п-Electron System in Porphines // J. Chem. Phys. AIP Publishing, 1949. Vol. 17, № 12. P. 1218.

Longuet-Higgins H.C., Rector C.W., Platt J.R. Molecular Orbital Calculations on Porphine and Tetrahydroporphine // J. Chem. Phys. AIP Publishing, 1950. Vol. 18, № 9. P. 1174.

Klevens H.B., Platt J.R. Spectral Resemblances of Cata-Condensed Hydrocarbons // J. Chem. Phys. AIP Publishing, 1949. Vol. 17, № 5. P. 470.

Platt J.R. Classification of Spectra of Cata-Condensed Hydrocarbons // J. Chem. Phys. AIP Publishing, 1949. Vol. 17, № 5. P. 484.

Moffitt W. The Electronic Spectra of Cata-Condensed Hydrocarbons // J. Chem. Phys. AIP

Publishing, 1954. Vol. 22, № 2. P. 320.

44. Gouterman M. Study of the Effects of Substitution on the Absorption Spectra of Porphin // J. Chem. Phys. AIP Publishing, 1959. Vol. 30, № 5. P. 1139.

45. Gouterman M. Spectra of porphyrins // J. Mol. Spectrosc. 1961. Vol. 6. P. 138-163.

46. Gouterman M. Optical Spectra and Electronic Structure of Porphyrins and Related Rings // The Porphyrins / ed. Dolphin D. San Francisco: Academic Press, 1978. Vol. III. P. 1-165.

47. PLATT J.R. Classification and Assignments of Ultraviolet Spectra of Conjugated Organic Molecules // J. Opt. Soc. Am. Optical Society of America, 1953. Vol. 43, № 4. P. 252.

48. Ельяшевич М.А. Атомная и молекулярная спектроскопия. 2nd ed. Едиториал УРСС, 2001.

49. Seely G.R. Molecular Orbital Study of the Porphyrins // J. Chem. Phys. AIP Publishing, 1957. Vol. 27, № 1. P. 125.

50. Platt J.R. Molecular Orbital Predictions of Organic Spectra // J. Chem. Phys. AIP Publishing, 1950. Vol. 18, № 9. P. 1168.

51. Dewar M.J.S., Longuet-Higgins H.C. The Electronic Spectra of Aromatic Molecules I: Benzenoid Hydrocarbons // Proc. Phys. Soc. Sect. A. IOP Publishing, 1954. Vol. 67, № 9. P. 795-804.

52. Ham N.S., Ruedenberg K. Electronic Interaction in the Free-Electron Network Model for Conjugated Systems. II. Spectra of Aromatic Hydrocarbons // J. Chem. Phys. AIP Publishing, 1956. Vol. 25, № 1. P. 13.

53. Pariser R., Parr R.G. A Semi-Empirical Theory of the Electronic Spectra and Electronic Structure of Complex Unsaturated Molecules. II // J. Chem. Phys. AIP Publishing, 1953. Vol. 21, № 5. P. 767.

54. Manas E.S., Vanderkooi J.M., Sharp K.A. The Effects of Protein Environment on the Low Temperature Electronic Spectroscopy of Cytochrome c and Microperoxidase-11 // J. Phys. Chem. B. American Chemical Society, 1999. Vol. 103, № 30. P. 6334-6348.

55. Parusel A.B.J., Grimme S. DFT/MRCI calculations on the excited states of porphyrin, hydroporphyrins, tetrazaporphyrins and metalloporphyrins // J. Porphyrins Phthalocyanines. World Scientific Publishing Company, 2001. Vol. 05, № 03. P. 225-232.

56. Chandra Jha P., Minaev B., Agren H. One- and two-photon absorptions in asymmetrically substituted free-base porphyrins: a density functional theory study. // J. Chem. Phys. AIP Publishing, 2008. Vol. 128, № 7. P. 074302.

57. Parusel A.B.J., Ghosh A. Density Functional Theory Based Configuration Interaction Calculations on the Electronic Spectra of Free-Base Porphyrin, Chlorin, Bacteriochlorin, and cis - and trans -Isobacteriochlorin // J. Phys. Chem. A. American Chemical Society, 2000. Vol. 104, № 11. P. 2504-2507.

58. Ghosh A. Preface — 1950-2000: Fifty years of theoretical research on porphyrins // J.

Porphyrins Phthalocyanines. 2001. Vol. 05, № 03. P. 187-189.

59. Parusel A.B., Wondiimaggegn T., Glosh A. Do nonplanar porphyrins have red-shifted electronic spectra? A DFT/SCI study and reinvestigation of a recent proposal // J. Am. Chem. Soc. 2000. Vol. 122. P. 6371-6374.

60. Sebek J., Bour P. Ab initio modeling of the electronic circular dichroism induced in porphyrin chromophores. // J. Phys. Chem. A. American Chemical Society, 2008. Vol. 112, № 13. P. 29202929.

61. Schweitzer-stenner R. Polarized resonance Raman dispersion spectroscopy on metalporphyrins // J. Porphyrins Phthalocyanines. World Scientific Publishing Company, 2001. Vol. 05, № 03. P. 198-224.

62. Collman J.P. et al. O2 reduction by a functional heme/nonheme bis-iron NOR model complex // Proc Natl Acad Sci U S A. 2009. Vol. 106. P. 10528-10533.

63. Harris D.L., Loew G.H. Identification of Putative Peroxide Intermediates of Peroxidases by Electronic Structure and spectra Calculations // J. Am. Chem. Soc. 1996. Vol. 118. P. 1058810594.

64. Kumar M., Pati Y.A., Ramasesha S. A density matrix renormalization group method study of optical properties of porphines and metalloporphines. // J. Chem. Phys. AIP Publishing, 2012. Vol. 136, № 1. P. 014112.

65. Ohkawa K., Hada M., Nakatsuji H. Excited states of four hemes in a c-type cytochrome subunit of the photosynthetic reaction center of Rhodopseudomonas viridis : SAC-CI calculations // J. Porphyrins Phthalocyanines. World Scientific Publishing Company, 2001. Vol. 05, № 03. P. 256-266.

66. Kessler J., Bour P. Transfer of Frequency-Dependent Polarizabilities: A Tool To Simulate Absorption and Circular Dichroism Molecular Spectra. // J. Chem. Theory Comput. American Chemical Society, 2015. Vol. 11, № 5. P. 2210-2220.

67. Roberts S.A. et al. Ligand-induced heme ruffling and bent NO geometry in ultra-high-resolution structures of nitrophorin 4 // Biochemistry. 2001. Vol. 40. P. 11327-11337.

68. A. Shelnutt J. et al. Nonplanar porphyrins and their significance in proteins // Chem. Soc. Rev. The Royal Society of Chemistry, 1998. Vol. 27, № 1. P. 31.

69. Shelnutt J.A. Normal-coordinate structural decomposition and the vibronic spectra of porphyrins // J. Porphyrins Phthalocyanines. World Scientific Publishing Company, 2001. Vol. 05, № 03. P. 300-311.

70. Woodruff W. et al. Modern approaches to the study of cytochrome oxidase // Electrochemical and Spectrochemical Studies of Biological Redox Components / ed. Kadish K. Washington, DC: Advances in Chemistry; American Chemical Society, 1982. P. 625-659.

71. Schweitzer-Stenner R., Bigman D. Electronic and Vibronic Contributions to the Band Splitting

72,

73,

74,

75,

76,

77

78,

79,

80,

81,

82

83

84

85

86

in Optical Spectra of Heme Proteins // J. Phys. Chem. B. American Chemical Society, 2001. Vol. 105, № 29. P. 7064-7073.

Kiefl C. et al. Heme distortions in sperm-whale carbonmonoxy myoglobin: correlations between rotational strength and heme distortions in MD-generated structures // J. Am. Chem. Soc. 2002. Vol. 124. P. 3385-3394.

Jentzen W., Song X.-Z., Shelnutt J.A. Structural Characterization of Synthetic and Protein-Bound Porphyrins in Terms of the Lowest-Frequency Normal Coordinates of the Macrocycle // J. Phys. Chem. B. American Chemical Society, 1997. Vol. 101, № 9. P. 1684-1699.

Manas E.S. et al. The Influence of Protein Environment on the Low Temperature Electronic Spectroscopy of Zn-Substituted Cytochrome c // J. Phys. Chem. B. American Chemical Society, 2000. Vol. 104, № 29. P. 6932-6941.

Shelnutt J.A. The Raman excitation spectra and absorption spectrum of a metalloporphyrin in an environment of low symmetry // J. Chem. Phys. AIP Publishing, 1980. Vol. 72, № 7. P. 3948.

Sponer H., Teller E. Electronic Spectra of Polyatomic Molecules // Rev. Mod. Phys. 1941. Vol. 13, № 2. P. 75-170.

Schweitzer-Stenner R., Gorden J.P., Hagarman A. Asymmetric band profile of the Soret band of deoxymyoglobin is caused by electronic and vibronic perturbations of the heme group rather than by a doming deformation // J. Chem. Phys. 2007. Vol. 127. P. 135103-135109.

Vanneste W.H. The Stoichiometry and Absorption Spectra of Components a and a3 in Cytochrome c Oxidase // Biochemistry. 1966. Vol. 65. P. 838-848.

Liao G.-L., Palmer G. The reduced minus oxidized spectra of cytochromes a and a3 // Biochim. Biophys. Acta. 1996. Vol. 1274. P. 109-111.

Horie S., Morrison M. Cytochrome c oxidase components.III. Spectral properties of cytochromes a and a3. // J. Biol. Chem. 1963. Vol. 238. P. 2859-2865.

Keilin D., Hartree E.F. Cytochrome and Cytochrome Oxidase // Proc. R. Soc. B Biol. Sci. 1939. Vol. 127, № 847. P. 167-191.

Yonetani T. Studies on cytochrome oxidase. I. Absolute and difference absorption spectra. // J. Biol. Chem. 1960. Vol. 235. P. 845-852.

Lemberg R. et al. Cytochrome oxidase and its derivatives. I. carbon monoxide and cyanide compounds // Proc. R. Soc. Lond. B. Biol. Sci. 1964. Vol. 159. P. 405-428.

Castor L.N., Chance B. Photochemical Determinations of the Oxidases of Bacteria // J. Biol. Chem. 1953. Vol. 234. P. 1587-1592.

Castor L.N., Chance B. Photochemical action spectra of carbon monoxide-inhibited respiration. // J. Biol. Chem. 1955. Vol. 217, № 1. P. 453-465.

Orii Y. Determination and Novel Features of the Absolute Absorption Spectra of the Heme a Moieties in Cytochrome c Oxidase // J. Bioenerg. Biomembr. 1998. Vol. 30. P. 47-53.

87. Wilson D., Gilmour M. The low-temperature spectral properties of mammalian cytochrome oxidase. I. The enzyme in intact rat-liver mitochondria // Biochim. Biophys. Acta - Bioenerg. 1967.

88. Gilmour M., Wilson D., Lemberg R. The low-temperature spectral properties of mammalian cytochrome oxidase. II. The enzyme isolated from beef-heart mitochondria // Biochim. Biophys. Acta (BBA)-Bioenergetics. 1967.

89. Carter K., Palmer G. Models of the Two Heme Centers in Cytochrome Oxidase // J. Biol. Chem. 1982. Vol. 257, № 25. P. 13507-13514.

90. Sherman D. et al. Resolution of the Electronic Transitions of Cytochrome c Oxidase: Evidence for Two Conformational States of Ferrous Cytochrome a // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1991. Vol. 88. P. 4265-4269.

91. Ishibe N., Lynch S.R., Copeland R.A. The pH Dependence of Cytochrome a Conformation in Cytochrome c Oxidase // J. Biol. Chem. 1991. Vol. 266, № 36. P. 23916-23920.

92. Felsch J.S. et al. Probing protein-cofactor interactions in the terminal oxidases by second derivative spectroscopy: Study of bacterial enzymes with cofactor substitutions and heme A model compounds // Protein Sci. 1994. Vol. 3. P. 2097-2103.

93. Horvath M., Copeland R., Makinen M. The second derivative electronic absorption spectrum of cytochrome c oxidase in the Soret region // Biophys. J. 1999. Vol. 77. P. 1694-1711.

94. Copeland R.A. Conformational Switching at Cytochrome a During Steady-State Turnover of Cytochrome c Oxidase // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1991. Vol. 88. P. 728-7283.

95. Lynch S., Copeland R. Electronic and vibrational spectroscopy of the cytochrome c: Cytochrome c oxidase complexes from bovine and Paracoccus denitrificans // Protein Sci. 1992.

96. Lynch S.R., Carter R.H., Copeland R.A. Resonance Raman Spectroscopy of the Cytochrome c Oxidase from Paracoccus denitrificans // Biochemistry. 1993. Vol. 32. P. 6923-6927.

97. Copeland R. Long-distance cofactor interactions in terminal oxidases studied by second-derivative absorption spectroscopy // J. Bioenerg. Biomembr. 1993.

98. Dougherty L.M., Dollfus A. F. D. Arago's Polarimeter and his Original Observation of Extraterrestrial Polarisation in 1811 // J. Br. Astron. Assoc. 1989. Vol. 99, № 4. P. 183-186.

99. Biot J.-B. Phénomenes de polarisation succesive, observés dans les fluides homogènes // Bull. des Sci. / par la Société Philomath. Paris. 1815. P. 190-192.

100. Реутов О.А., Курц А.Л., Бутин К.П. Органическая химия. В 4 частях. Москва: Бином. Лаборатория знаний, 2007.

101. Rosenfeld L. Quantenmechanische Theorie der natürlichen optischen Aktivität von Flüssigkeiten und Gasen // Zeitschrift für Phys. 1928. Vol. 52, № 3-4. P. 161-174.

102. Huang X., Nakanishi K., Berova N. Porphyrins and metalloporphyrins: versatile circular dichroic reporter groups for structural studies. // Chirality. 2000. Vol. 12, № 4. P. 237-255.

103

104

105

106

107

108

109

110.

111.

112.

113.

114.

115.

116.

117.

Konishi K. et al. A Novel Anion-Binding Chiral Receptor Based on a Metalloporphyrin with Molecular Asymmetry. Highly Enantioselective Recognition of Amino Acid Derivatives // J. Am. Chem. Soc. American Chemical Society, 1994. Vol. 116, № 4. P. 1337-1344.

Kubo H. et al. Molecular asymmetry of an N-alkylporphyrin with enantiotopic faces. Resolution and spectroscopic characterizations of optical antipodes of N-methyletioporphyrin I // J. Chem. Soc. Chem. Commun. The Royal Society of Chemistry, 1988. № 15. P. 1015.

Konishi K. et al. Chiral N-substituted porphyrins related to heme inactivation products. First crystallographic determination of absolute stereochemistry and correlation with circular dichroism // J. Am. Chem. Soc. American Chemical Society, 1993. Vol. 115, № 3. P. 1169-1170.

Konishi K. et al. Photoinduced conformational ruffling of distorted porphyrin. Optical resolution and photochemical behavior of chiral "single-armed" porphyrin complexes // J. Am. Chem. Soc. American Chemical Society, 1990. Vol. 112, № 14. P. 5639-5640.

Mizutani T. et al. Recognition of chirality and residual groups of amino acid esters using new trifunctional chiral porphyrins with C 2 symmetry // J. Chem. Soc. Chem. Commun. The Royal Society of Chemistry, 1993. № 6. P. 520.

Lubben M., Morand K. Novel prenylated hemes as cofactors of cytochrome oxidases. Archaea have modified hemes A and O. // J. Biol. Chem. 1994. Vol. 269, № 34. P. 21473-21479.

Sugita Y., Nagai M., Yoneyama Y. Circular Dichroism of Hemoglobin in Relation to the Structure Surrounding the Heme // J. Biol. Chem. 1971. Vol. 246, № 2. P. 383-388.

Ruckpaul K. et al. Zirkulardichroistische untersuchungen an alkylisocyanidkomplexen einiger hamoproteide // Biochim. Biophys. Acta - Protein Struct. 1970. Vol. 221, № 1. P. 9-19.

Urry D.W., Wainio W.W., Grebner D. Evidence for Conformational Differences Between Oxidized and Reduced Cytochrome Oxidase // Biochem. Biophys. Res. Commun. 1967. Vol. 27. P. 625-631.

Myer Y.P., Pande A. Circular Dichroism Studies of Hemoproteins and Heme Models // The Porphyrins / ed. Dolphin D. San Francisco: Academic Press, 1978. Vol. IIIA. P. 271-322.

Nagai M. et al. Involvement of Propionate Side Chains of the Heme in Circular Dichroism of Myoglobin: Experimental and Theoretical Analyses // J. Phys. Chem. B. American Chemical Society, 2015. Vol. 119, № 4. P. 1275-1287.

Myer Y.P., Lee C.P. Circular Dichroism Studies of Electron Transfer Components. Academic Press, 1985. Vol. 14. P. 149-188.

Myer Y.P. Conformation of cytochromes. V. Cytochrome c oxidase. // J. Biol. Chem. 1971. Vol. 246. P. 1241-1248.

Boffi A., Wittenberg J.B., Chiancone E. Circular dichroism spectroscopy of Lucina I hemoglobin. // FEBS Lett. 1997. Vol. 411, № 2-3. P. 335-338.

Sugita Y., Dohi Y., Yoneyama Y. Circular dichroism of lamprey and human hemoglobins //

Biochem. Biophys. Res. Commun. 1968. Vol. 31, № 3. P. 447-452.

118. Hsu M.-C., Woody R.W. The origin of the heme Cotton effects in myoglobin and hemoglobin // J. Am. Chem.Soc. 1971. Vol. 93, № 14. P. 3515-3525.

119. Blauer G., Sreerama N., Woody R.W. Optical Activity of Hemoproteins in the Soret Region. Circular Dichroism of the Heme Undecapeptide of Cytochrome c in Aqueous Solution // Biochemistry. 1993. Vol. 32. P. 6674-6679.

120. Strassburger W. et al. Calculation of the circular dichroism of Chironomus hemoglobin in the light of the quality of its X-ray structure. // Zeitschrift für Naturforschung. Sect. C Biosci. 1978. Vol. 33, № 11-12. P. 908-911.

121. Fowler G., Visschers R., Grief G. Genetically modified photosynthetic antenna complexes with blueshifted absorbance bands. 1992.

122. Woody R.W. Circular Dichroism Probes of Hemoglobin Structure // Biochemical and Clinical Aspects of Hemoglobin Abnormalities / ed. Caughey W.S. New York San Francisco London: Academic Press, 1978. P. 279-298.

123. Urry D.W. Model Systems for Interacting Heme Moieties. I. The Heme Undecapeptide of Cytochrome c // J. Am. Chem. Soc. American Chemical Society, 1967. Vol. 89, № 16. P. 41904196.

124. La Mar G.N. et al. Proton nuclear magnetic resonance characterization of heme disorder in hemoproteins. // Proc. Natl. Acad. Sci. 1978. Vol. 75, № 12. P. 5755-5759.

125. La Mar G.N. et al. Heme orientational disorder in reconstituted and native sperm whale myoglobin. Proton nuclear magnetic resonance characterizations by heme methyl deuterium labeling in the Met-cyano protein. // J. Mol. Biol. 1983. Vol. 168, № 4. P. 887-896.

126. La Mar G.N., Toi H., Krishnamoorthi R. Proton NMR investigation of the rate and mechanism of heme rotation in sperm whale myoglobin: evidence for intramolecular reorientation about a heme two-fold axis // J. Am. Chem. Soc. American Chemical Society, 1984. Vol. 106, № 21. P. 6395-6401.

127. Nagai M. et al. Effect of Reversed Heme Orientation on Circular Dichroism and Cooperative Oxygen Binding of Human Adult Hemoglobin t // Biochemistry. 2008. Vol. 47, № 2. P. 517525.

128. Sreerama N., Woody R.W. Computation and analysis of protein circular dichroism spectra. // Methods Enzymol. 2004. Vol. 383. P. 318-351.

129. Aojula H.S. et al. 1 H-n.m.r. and c.d. studies of haem orientational disorder in sperm-whale myoglobin and human haemoglobin // Biochem. J. Portland Press Limited, 1988. Vol. 250, № 3. P. 853-858.

130. Light W. et al. Functional effects of heme orientational disorder in sperm whale myoglobin // J. Biol. Chem. 1987. Vol. 262, № 1. P. 46-52.

131.

132,

133,

134,

135,

136,

137,

138,

139,

140,

141

142

143

144

145

146

Santucci R. et al. Horse heart myoglobin reconstituted with a symmetrical heme. A circular dichroism study. // Biophys. Chem. 1990. Vol. 37, № 1-3. P. 251-255.

Mie Y. et al. Functional Evaluation of Heme Vinyl Groups in Myoglobin with Symmetric Protoheme Isomers t // Biochemistry. 2004. Vol. 43, № 41. P. 13149-13155.

Aojula H.S., Wilson M.T., Drake A. Characterization of haem disorder by circular dichroism. // Biochem. J. 1986. Vol. 237, № 2. P. 613-616.

Nagai M. et al. Circular dichroism of hemoglobin and myoglobin. // Chirality. 2014. Vol. 26, № 9. P. 438-442.

Woody R.W., Pescitelli G. The Role of Heme Chirality in the Circular Dichroism of Heme Proteins // Zeitschrift für Naturforsch. A. 2014. Vol. 69, № 7.

Kirkwood J.G. On the Theory of Optical Rotatory Power // J. Chem. Phys. 1937. Vol. 5. P. 479.

Schellman J.A. Symmetry rules for optical rotation // Acc. Chem. Res. American Chemical Society, 1968. Vol. 1, № 5. P. 144-151.

Kuhn W. The physical significance of optical rotatory power // Trans. Faraday Soc. The Royal Society of Chemistry, 1930. Vol. 26. P. 293.

DeVoe H. Optical Properties of Molecular Aggregates.II.Classical Theory of the Refraction, Absorbtion, and Optical Activity of Solutions and Crystals // J. Chem. Phys. 1965. Vol. 43, № 9. P. 3199-3208.

Applequist J. et al. A normal mode treatment of optical properties of a classical coupled dipole oscillator system with Lorentzian band shapes // J. Chem. Phys. 1979. Vol. 70, № 3. P. 12401246.

Bayley P.M., Nielsen E.B., Schellman J.A. Rotatory properties of molecules containing two peptide groups: theory // J. Phys. Chem. ACS Publications, 1969. Vol. 73, № 1. P. 228-243.

Bayley P.M. The analysis of circular dichroism of biomolecules // Prog. Biophys. Mol. Biol. Elsevier, 1973. Vol. 27. P. 1-76.

Tinoco I.J. Theoretical Aspects of Optical Activity Part Two: Polymers // Advances in Chemical Physics / ed. Prigogine I. Hoboken, NJ, USA: John Wiley & Sons, Inc., 1962. Vol. 4. P. 113160.

Grimme S. A simplified Tamm-Dancoff density functional approach for the electronic excitation spectra of very large molecules // J. Chem. Phys. AIP Publishing, 2013. Vol. 138, № 24. P. 244104.

Bannwarth C., Grimme S. Electronic Circular Dichroism of Highly Conjugated n-Systems: Breakdown of the Tamm-Dancoff/Configuration Interaction Singles Approximation // J. Phys. Chem. A. American Chemical Society, 2015. Vol. 119, № 15. P. 3653-3662.

Crawford T.D. Ab initio calculation of molecular chiroptical properties // Theor. Chem. Acc. 2005. Vol. 115, № 4. P. 227-245.

147

148

149

150

151

152

153

154,

155

156

157

158

159

160

161

Autschbach J., Nitsch-Velasquez L., Rudolph M. Time-dependent density functional response theory for electronic chiroptical properties of chiral molecules. // Top. Curr. Chem. 2011. Vol. 298. P. 1-98.

Warnke I., Furche F. Circular dichroism: electronic // Wiley Interdiscip. Rev. Comput. Mol. Sci. 2012. Vol. 2, № 1. P. 150-166.

Loco D. et al. A fast but accurate excitonic simulation of the electronic circular dichroism of nucleic acids: how can it be achieved? // Phys. Chem. Chem. Phys. The Royal Society of Chemistry, 2015. Vol. 18, № 2. P. 866-877.

Crawford T.D., Tam M.C., Abrams M.L. The current state of ab initio calculations of optical rotation and electronic circular dichroism spectra. // J. Phys. Chem. A. American Chemical Society, 2007. Vol. 111, № 48. P. 12057-12068.

Tiesjema R.H., van Gelder B.F. Biochemical and Biophysical studies on cytochrome c oxidaseXVI. Circular dichroic study of cytochrome c oxidase its ligand complexes // Biochim. Biophys .Acta. 1974. Vol. 347. P. 202-214.

Degli Esposti M. et al. A Model for Molecular Organization of Cytochrome b-561 in Chromaffin Granule Membranes // FEBS Lett. 1989. Vol. 254. P. 74-78.

Palmer G., Esposti M.D. Application of Exciton Coupling Theory to the Structure of Mitochondrial Cytochrome b // Biochemistry. 1994. Vol. 33. P. 176-185.

Goldbeck R.A. et al. Magnetic Circular Dichroism Study of Cytochrome ba3 from Thermus Thermophilus: Spectral Contributions from Cytochromes b and a3 and Nanosecond Spectroscopy ofCO Photodissociation Intermediates // Biochemistry. 1992. Vol. 31. P. 93769387.

Pescitelli G. et al. Theoretical analysis of porphyrin-porphyrin exciton interaction in circular dichroism spectra of dimeric tetraarylporphyrins // J. Am. Chem. Soc,. 2003. Vol. 125. P. 76137628.

Woody R.W. Heme-Heme Interactions in Tetramers and Dimers of Hemoglobin Subunits: DeVoe Theory Calculations // Chirality. 2005. Vol. 17. P. 1-6.

Tsukihara T. et al. Structures of Metal Sites of Oxidized Bovine Heart Cytochrome c Oxidase at 2.8E // Science (80-. ). 1995. Vol. 269. P. 1069-1074.

Wikström M., Saari H. A spectral shift in cytochrome a induced by calcium ions. // Biochim. Biophys. Acta. 1975. Vol. 408, № 2. P. 170-179.

Kirichenko A. et al. Specific cation-binding site in mammalian cytochrome c oxidase // FEBS Lett. 1998. Vol. 423. P. 329-333.

Saari H., Pentilla T., Wikstrom M. Interaction of Ca2+ and H+ with heme A in cytochrome oxidase // J. Bioenerg. Biomembr. 1980. Vol. 12, № 3/4. P. 325-338.

Ostermeier C. et al. Structure at 2.7 A resolution of the Paracoccus denitrificans two-subunit

162,

163,

164,

165,

166

167,

168,

169,

170,

171,

172,

173,

174,

175

176,

cytochrome c oxidase complexed with an antibody Fv fragment // Proc. Natl. Acad.Sci. USA. 1997. Vol. 94. P. 10547-10553.

Pfitzner U. et al. Mutations in the Ca2+-binding site of the Paracoccus denitrificans cytochrome c oxidase // FEBS Lett. 1999. Vol. 456. P. 365-369.

Riistama S. et al. The Calcium Binding Site in Cytochrome aa3 from Paracoccus denitrificans // Biochemistry. 1999. Vol. 38, № 33. P. 10670-10677.

Vygodina T., Kirichenko A., Konstantinov A.A. Direct regulation of cytochrome c oxidase by calcium ions. // PLoS One. Public Library of Science, 2013. Vol. 8, № 9. P. e74436.

Babcock G.T., Callahan P.M. Redox-Linked Hydrogen Bond Strength Changes in Cytochrome a: Implications for a Cytochrome Oxidase Proton Pump // Biochemistry. 1983. Vol. 22. P. 23142319.

Kirichenko A. V et al. Cytochrome c oxidase as a calcium binding protein. Studies on the role of a conserved aspartate in helices XI-XII cytoplasmic loop in cation binding. // Biochemistry. 2005. Vol. 44, № 37. P. 12391-12401.

Vygodina T. V, Kirichenko A., Konstantinov A.A. Cation binding site of cytochrome c oxidase: progress report. // Biochim. Biophys. Acta. 2014. Vol. 1837, № 7. P. 1188-1195.

Fowler L.R., Richardson S.H., Hatefi Y. A rapid method for the preparation of highly purified cytochrome oxidase // Biochim. Biophys. Acta. 1962. Vol. 64. P. 170-173.

Chen Y. et al. A homologous expression system for obtaining engineered cytochrome ba3 from Thermus thermophilus HB8 // Protein Expr. Purif. 2005. Vol. 40. P. 299-318.

Farver O. et al. Electron transfer among the CuA-, heme b- and a3-centers of Thermus thermophilus cytochrome ba3 // FEBS Lett. 2006. Vol. 580. P. 3417-3421.

Cerullo G., De Silvestri S. Ultrafast optical parametric amplifiers // Rev. Sci. Instrum. AIP Publishing, 2003. Vol. 74, № 1. P. 1.

Fork R.L., Martinez O.E., Gordon J.P. Negative dispersion using pairs of prisms // Opt. Lett. Optical Society of America, 1984. Vol. 9, № 5. P. 150.

Snellenburg J.J. et al. Glotaran : A Java -Based Graphical User Interface for the R Package TIMP // J. Stat. Softw. 2012. Vol. 49, № 3. P. 1-22.

Дюба А.В., Выгодина Т.В., Константинов А.А. Реконструкция абсолютного спектра поглощения восстановленного гема // Биохимия. 2013. Vol. 78, № 12. P. 1715-1723.

Mkrtchyan H., Vygodina T., Konstantinov A.A. Na+-induced Reversal of the Ca2+-dependent Red Shift of Cytochrome a. Is there a Hydronium Output Well in Cytochrome c Oxidase? // Biochem. Internat. 1990. Vol. 20. P. 183-190.

Eaton W.A., Hofrichter J. Polarized apsorption and linear dichroism spectroscopy of hemoglobin // Methods Enzym. 1981. Vol. 76. P. 175-261.

177,

178,

179,

180,

181,

182,

183,

184,

185,

186,

187

188

189

190

191

Dyuba A.V. et al. Individual absolute absorption spectra of cytochrome c oxidase hemes a2+ and a32+ resolved by femtosecond pump-probe spectroscopy. // Proc. 79th Harden Conf. Oxyg. Evol. Reduct. - Common Princ. 2016. P. 16.

Stoutland P. et al. Femtosecond Dynamics of reduced Cytochrome Oxidase and its CO derivative // J. Phys. Chem. 1991. Vol. 95. P. 6406-6408.

Pilet E. et al. Electron transfer between hemes in mammalian cytochrome c oxidase. // Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2004. Vol. 101, № 46. P. 16198-16203.

Borisov V.B. et al. Interactions between Heme d and Heme b595 in Quinol Oxidase bd from Escherichia coli: A Photoselection Study Using Femtosecond Spectroscopy // Biochemistry. 2002. Vol. 41. P. 1654-1662.

Выгодина Т.В., Дюба А.В., Константинов А.А. Влияние ионов кальция на перенос электронов между гемами а и а3 в цитохром с-оксидазе // Биохимия. 2012. Vol. 77, № 8. P. 1095-1104.

Jancura D. et al. Filling the Catalytic Site of Cytochrome c Oxidase with Electrons // J. Biol. Chem. 2006. Vol. 281. P. 20003-20010.

Jancura D. et al. Spectral and Kinetic Equivalence of Oxidized Cytochrome c Oxidase as Isolated and "Activated" by Reoxidation // J. Biol. Chem. 2006. Vol. 281. P. 30319-30325.

Mitchell R., Mitchell P., Rich P.R. The Assignment of the 655 nm Spectral Band of Cytochrome Oxidase // FEBS Lett. 1991. Vol. 280, № 2. P. 321-324.

Wharton D.C., Tzagoloff A. Studies on the electron transfer system. LVII. The near infrared absorption band of cytochrome oxidase // J. Biol. Chem. 1964. Vol. 239, № 6. P. 2036-2041.

Hwang Y.I., Lu Y. pH-dependent transition between delocalized and trapped valence states of CuA center and its possible role in proton-coupled electron transfer // Proc Natl Acad Sci U S A. 2004. Vol. 101. P. 12842-12847.

Xie X. et al. Perturbations to the geometric and electronic structure of the CuA site: factors that influence delocalization and their contributions to electron transfer. // J. Am. Chem. Soc. American Chemical Society, 2008. Vol. 130, № 15. P. 5194-5205.

Mason M.G., Nicholls P., Cooper C.E. Re-evaluation of the near infrared spectra of mitochondrial cytochrome c oxidase: Implications for non invasive in vivo monitoring of tissues. // Biochim. Biophys. Acta. 2014. Vol. 1837, № 11. P. 1882-1891.

Dyuba A. V et al. Calcium ions inhibit reduction of heme a in bovine cytochrome c oxidase. // FEBS Lett. Elsevier, 2015. Vol. 589, № 24. P. 3853-3858.

Zickermann V. et al. Perturbation of the CuA Site in Cytochrome-c Oxidase of Paracoccus denitrificans by Replacement of Met227 With Isoleucine // Eur. J. Biochem. 1995. Vol. 234. P. 686-693.

Hwang H.J., Lu Y. pH-dependent transition between delocalized and trapped valence states of a

192,

193,

194,

195,

196,

197,

198,

199

200,

201,

202,

203,

204

205

206

CuA center and its possible role in proton-coupled electron transfer. // Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2004. Vol. 101, № 35. P. 12842-12847.

Musatov A.P. et al. Effect of Polycations on the Reaction of Cytochrome Oxidase with the Artificial Electron Donors and Cyanide // Biol. Membr. 1991. Vol. 8, № 3. P. 229-234.

Dyuba A. V et al. Circular dichroism spectra of cytochrome c oxidase. // Metallomics. 2011. Vol. 3, № 4. P. 417-432.

Wikstrom M., Krab K., Saraste M. Cytochrome Oxidase - A Synthesis. New York: Academic Press, 1981.

Zimmermann B.H. et al. Properties of a Copper-Containing Cytochrome ba3: A Second Terminal Oxidase From the Extreme Thermophile Thermus Thermophilus // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1988. Vol. 85. P. 5779-5783.

Goldbeck R., Einarsdottir O. Magnetic circular dichroism study of cytochrome ba3 from Thermus thermophilus: spectral contributions from cytochromes b and a3 and nanosecond spectroscopy of // Biochemistry. 1992. Vol. 31, № 39. P. 9376-9387.

Moody A.J. "As prepared" forms of fully oxidised haem/Cu terminal oxidases // Biochim. Biophys. Acta. 1996. Vol. 1276. P. 6-20.

Michel H. Cytochrome c oxidase: Catalytic Cycle and Mechanism of Proton Pumping - A Discussion // Biochemistry. 1999. Vol. 38, № 46. P. 15129-15140.

Aoyamaa H. et al. A peroxide bridge between Fe and Cu ions in the O2 reduction site of fully oxidized cytochrome c oxidase could suppress the proton pump // Proc Natl Acad Sci U S A. 2009. Vol. 106. P. 2165-2169.

Papadopoulos P.G. et al. Proton Interactions in the Resting Form of Cytochrome Oxidase // Biochemistry. 1991. Vol. 30. P. 840-850.

Rogers D.M., Hirst J.D. Ab Initio Study of Aromatic Side Chains of Amino Acids in Gas Phase and Solution // J. Phys. Chem. A. 2003. Vol. 107, № 50. P. 11191-11200.

Byrd R.H., Hribar M.E., Nocedal J. An Interior Point Algorithm for Large-Scale Nonlinear Programming // SIAM J. Optim. Society for Industrial and Applied Mathematics, 1999. Vol. 9, № 4. P. 877-900.

Byrd R.H., Gilbert J.C., Nocedal J. A trust region method based on interior point techniques for nonlinear programming // Math. Program. 2000. Vol. 89, № 1. P. 149-185.

Waltz R.A. et al. An interior algorithm for nonlinear optimization that combines line search and trust region steps // Math. Program. 2006. Vol. 107, № 3. P. 391-408.

Goldberg D.E. Genetic Algorithms in Search, Optimization and Machine Learning. Addison-Wesley Longman Publishing Co., Inc., 1989.

Baker G.M., Palmer G. Effect of High pH on the Spectral and Catalytic Properties of Beef Heart Cytochrome Oxidase // Biochemistry. 1987. Vol. 26. P. 3038-3044.

207,

208,

209,

210,

211.

212,

213,

214,

215,

216,

217

218

219

220

Holiday E.R. Spectrophotometry of proteins: Absorption spectra of tyrosine, tryptophan and their mixtures. II. Estimation of tyrosine and tryptophan in proteins // Biochem J. 1936. Vol. 30, № 10. P. 1795-1803.

Voicescu M. et al. Spectroscopic Analysis of Tyrosine Derivatives: On the Role of the Tyrosine-Histidine Covalent Linkage in Cytochrome c Oxidase // J. Phys. Chem. 2009. Vol. 113. P. 13429-13436.

Chance B. Energy transfer and conservation in the respiratory chain // Haematin enzymes; a symposium of the International Union of Biochemistry, organized by the Australian Academy of Science. / ed. J.E. Falk, Lemberg R., Morton R.K. Oxford,: Symposium Publications Division, Pergamon Press, 1961. P. 597-624.

Horie S. Calculation of reduced and oxidized absorption spectra of the respiratory enzyme from the photochemical action spectrum // J. Biochem. 1964. Vol. 56. P. 67-71.

Horie S., Morrison M. Cytochrome c oxidase components. V. A cytochrome alpha preparation free of cytochrome alpha-3 // J. Biol. Chem. 1964. Vol. 239. P. 1438-1441.

Vickery L., Salmon A., Sauer K. Magnetic circular dichroism studies on microsomal aryl hydrocarbon hydroxylase: comparison with cytochrome b 5 and cytochrome P-450 cam // ... Biophys. Acta (BBA)-Protein Struct. 1975.

Vickery L., Nozawa T., Sauer K. Magnetic circular dichroism studies of low-spin cytochromes. Temperature dependence and effects of axial coordination on the spectra of cytochrome c and cytochrome b5 // J. Am. Chem. Soc. 1976. Vol. 98, № 2. P. 351-357.

Sutherland J., Olson J. Magnetic circular dichroism of bacteriochlorophyll a in solution and in a protein // Photochem. Photobiol. 1981.

Lynch S.R., Sherman D., Copeland R.A. Cytochrome c Binding Affects the Conformation of Cytochrome a in Cytochrome c Oxidase // J. Biol. Chem. 1992. Vol. 267, № 1. P. 298-302.

Caughey W.S. et al. Heme A of cytochrome c oxicase. Structure and properties: comparisons with hemes B, C, and S and derivatives // J. Biol. Chem. 1975. Vol. 250, № 19. P. 7602-7622.

Callahan P.M., Babcock G.T. Origin of the Cytochrome a Absorption Red Shift: A pH-Dependent Interaction between Its Heme a Formyl and Protein in Cytochrome Oxidase // Biochemistry. 1983. Vol. 22. P. 452-461.

Riistama S. et al. Interaction between the formyl group of heme a and arginine 54 in cytochrome aa(3) from Paracoccus denitrificans. // Biochim. Biophys. Acta. 2000. Vol. 1456, № 1. P. 1-4.

Lee H. et al. Mutations in the Putative H-Channel in the Cytochrome c Oxidase from Rhodobacter sphaeroides Show That This Channel Is Not Important for Proton Conduction but Reveal Modulation of the Properties of Heme a t // Biochemistry. American Chemical Society, 2000. Vol. 39, № 11. P. 2989-2996.

Babcock G.T., Vickery L.E., Palmer G. Electronic state of heme in cytochrome oxidase. I.

221

222

223

224

225

226

227

228

229

230

231

232

233

234

235

Magnetic circular dichroism of the isolated enzyme and its derivatives. // J. Biol. Chem. 1976. Vol. 251, № 24. P. 7907-7919.

Treu J., Hopfield J. Magnetic circular dichroism in hemoglobin // J. Chem. Phys. 1975.

Vickery L., Nozawa T., Sauer K. Magnetic Circular Dichroism Studies of Myoglobin Complexes. Correlation with heme Spin State and Axial Ligation // J. Am. Chem. Soc. 1976. Vol. 98, № 2. P. 343-350.

Nozawa T., Kobayashi N., Hatano M. Magnetic Circular Dichroism Studies on Horse Radish Peroxidase // Biochim. Biophys. Acta. 1976. Vol. 427. P. 632-662.

Ramani R., Boyd R.J. Conformational aspects of L -histidine // Can. J. Chem. NRC Research Press Ottawa, Canada, 1981. Vol. 59, № 23. P. 3232-3236.

Görbitz C.H. Hydrogen-bond distances and angles in the structures of amino acids and peptides // Acta Crystallogr. Sect. B Struct. Sci. International Union of Crystallography, 1989. Vol. 45, № 4. P. 390-395.

Oertling W.A. et al. Spectroscopic Characterization of Cytochrome ba3, a Terminal Oxidase From Thermus thermophilus: Comparison of the a3/CuB Site to That of Bovine Cytochrome aa3 // Biochemistry. 1994. Vol. 33. P. 3128-3141.