… (Zhang et al., 2009), a cauzat probleme grave pentru caracterizarea proteinelor Flv4 și Flv2. S-a speculat pentru prima dată că o astfel de asociere membranară are loc prin intermediul proteinei Sll0218, care este o proteină integrală de membrană cu patru elice transmembranare prezise. Cu toate acestea, s-a dovedit a nu fi cazul, deoarece Flv4 a rămas în mare parte în fracția membranară chiar și în absența proteinei Sll0218 (mutanții D fl v2, D sll0218-19 și D sll0218- 19/ fl ag – fl v4) (datele nu sunt prezentate). Mai mult, proteina Sll0218 este asociată cu un complex membranar mare independent de heterodimerul Flv2/Flv4 ( Figura 4). În cele din urmă, prin modificarea metodei de partiționare în două faze pentru subfracționarea membranelor, proteina Sll0218 a fost localizată la membrana tilacoidă, în timp ce Flv4 și Flv2 în acest sistem tind să se asocieze cu membrana plasmatică (Figura 2D). Această din urmă asociere pare să fie puternic dependentă de cationi (figurile 2B și 2C). Un comportament similar a fost raportat recent pentru o altă proteină Synechocystis, deși mecanismul de asociere cu membrana nu este clar (Carmel et al., 2011). Pe baza modelului heterodimerului Flv2/Flv4 și a alinierii secvenței, au fost recunoscute pe suprafața proteinei unele situsuri de legare a metalelor putative care implică reziduuri His, Asp și Glu. Metalele legate de suprafață au fost găsite, de asemenea, în structurile omoloage. De exemplu, domeniul asemănător fl avodoxinei de la Synechococcus sp (PDB ID: 3HLY) are un Ca 2+ , iar M. thermoacetica FprA (PDB ID: 1YCF, 1YCG, și 1YCH) are mai multe Zn 2+ legate la suprafață (Silaghi-Dumitrescu et al., 2005). Ionii metalici de pe structuri provin din soluția de cristalizare, dar unele dintre reziduurile de legare a metalelor sunt conservate sau substituite cu reziduuri similare în modelul nostru (a se vedea Tabelul suplimentar 2 online). Luate împreună, aceste reziduuri ar putea fi responsabile pentru asocierea dependentă de cationi a Flv2 și Flv4 la fracțiunea membranară. Pe baza analizei potențialului electrostatic de suprafață al modelului, monomerul Flv4 are o suprafață mai încărcată negativ (figura 8B) și conține mai multe situsuri de legare a metalelor putative pe suprafață decât monomerul Flv2 (a se vedea tabelul suplimentar 2 online). Luând în considerare faptul că concentrația de cationi utilizată în tamponul de izolare este mult mai mare decât condițiile fiziologice reale (figurile 2B – 2D), legarea Flv2/Flv4 la membrană in vivo ar putea fi tranzitorie și reversibilă. Specificarea lui Flv2/Flv4 la membrana plasmatică în momentul ruperii celulei (figura 2D) poate fi legată, de asemenea, de sarcina sa de suprafață, deoarece suprafața interioară a membranei plasmatice este mai negativă decât cea a membranei tiroziene cu partea dreaptă în afară (Barber, 1982; Körner et al., 1985). Cu toate acestea, sarcina de suprafață a membranei tiroziene poate fi schimbată dramatic în timpul fotosintezei, ceea ce poate mijloci legarea de tranzit a Flv2/Flv4 și cu membrana tiroziană. Proteina Sll0218 a fost localizată fără ambiguitate într-un complex de masă moleculară mare în membrana tilacoidă. Cu toate acestea, comportamentul ciudat al proteinei Sll0218 în sistemul convențional de împărțire în două faze a subfracturilor membranare a sugerat că proteina Sll0218 nu este distribuită în mod uniform în membrana tilacoidă. Aceasta este asociată cu un complex mare, care este doar marginal mai mic decât dimerul principal PSII. De- creșterea raportului dintre complexele PSII dimer și PSII monomer are loc numai la mutanții lipsiți de proteina Sll0218 ( D sll0218-19 și D fl v4 ), dar nu și la D fl v2 (figura 5, tabelul 1). Prin urmare, postulăm că Sll0218 poate funcționa ca un chaperon în stabilizarea dimerului PSII asamblat în condiții de nivel al aerului de CO 2 . Deși complexul PSII a fost izolat atât în formă monomerică, cât și dimerică (Rögner et al., 1987; Hankamer et al., 1997; Adachi et al., 2009), este larg acceptat faptul că, in vivo, complexul PSII funcționează ca un dimer la cianobacterii, precum și la plantele superioare (Hankamer et al., 1999; Kuhl et al., 2000), în timp ce PSII monomeric poate fi un intermediar al asamblării și reparării normale a PSII (Aro et al., 2005; Nixon et al., 2010). Deși dimerizarea in vivo a PSII la cianobacterii a fost pusă sub semnul întrebării din cauza utilizării detergenților pentru solubilizarea și analiza in vitro a complexelor tilacoide (Takahashi et al., 2009; Watanabe et al., 2009), există dovezi convingătoare pentru formarea de dimeri prin abordări mutante. Într-adevăr, s-a demonstrat că micile subunități PSII PsbM și PsbT, situate în interfața monomer-monomer, sunt cruciale pentru asamblarea și repararea corectă a PSII (Ohnishi și Takahashi, 2001; Iwai et al., 2004; Bentley et al., 2008). Deoarece proteina Sll0218 este exprimată numai în condiții de CO 2 scăzut (adică la nivelul aerului), postulăm că asamblarea dimerilor PSII diferă în funcție de prezența sau absența proteinelor Sll0218 (a se vedea mai jos). Optimizarea fotosintezei necesită o reglementare strictă între absorbția și conversia energiei solare în energie chimică și utilizarea acesteia de către căile metabolice din aval. Pentru fotoautotrofele acvatice, cum ar fi cianobacteriile, CO 2 este un substrat esențial, dar adesea defi cient. În mediile naturale, disponibilitatea insufi cientă a CO 2 , în special atunci când este combinată cu o iradiere ridicată, are ca rezultat o presiune de excitație ridicată asupra fotosistemelor (Huner, 1998) și limitează rata de fotosinteză. Pentru a face față acestei situații, mai multe mecanisme de concentrare a CO 2 sunt puternic induse în condiții de Ci scăzut la cianobacterii pentru a spori concentrația de CO 2 în jurul ribouloză-1,5-bis-fosfat carboxilaza/oxigenaza și, în același timp, pentru a induce un flux ciclic de electroni pentru a genera mai mult ATP (analizat în Kaplan și Reinhold, 1999; Giordano et al., 2005; Badger et al., 2006; Price et al., 2008). Studiile de microarray și proteomică au evidențiat un stimulon cu conținut scăzut de CO 2 (Wang et al., 2004; Eisenhut et al., 2007; Battchikova et al., 2010), care include, de asemenea, operonul sll0217-19 ( fl v4- fl v2 ), care este reglementat la fel de puternic ca și genele mecanismului de concentrare a CO 2 inductibile. Genele fl v2 și fl v4 au, de asemenea, un răspuns ridicat la lumină (Hihara et al., 2001; Zhang et al., 2009). Mutanții de inactivare fl v4 și fl v2 au dezvăluit o sensibilitate ridicată la fotoinhibarea PSII în condiții de nivel de CO 2 în aer (Zhang et al., 2009). Mai mult, studiile noastre recente privind expresia operonului au dezvăluit o reglare strânsă a acestui operon fl v4- fl v2 de către ARN-uri mici de reglementare (M. Eisenhut, J. Georg, S. Klähn, I. Sakurai, H. Silén, P. Zhang, W.R. Hess și E.-M. Aro, date nepublicate). O astfel de inducție și reglare puternică prin ARN antisens a operonului fl v4- fl v2, împreună cu protecția observată a PSII în condiții de nivel de CO în aer și de nivel ridicat de …

.