Vliv strukturní integrity komplexu vyvíjejícího kyslík na organizaci fotosystému II v tylakoidní membráně mutanta ječmene viridis zb63

Bc. Veronika GRYČOVÁ

Master's thesis

The effect of structural integrity of oxygen evolving complex on the organization of photosystem II in thylakoid membrane of barley viridis zb63 mutant

Abstract:

Tato práce se zabývá vlivem komplexu vyvíjející kyslík (OEC) na srukturní integritu fotosystému II (PSII) a jeho organizaci v tylakoidní membráně rostlin. Teoretická část pojednává o struktuře, funkci a organizaci PSII v tylakoidních membránách rostlin a o vlivu OEC na strukturu PSII. Teoretická část se dále zabývá charakteristikou mutanta ječmene setého viridis zb63 a metodami obrazové analýzy snímků z elektronového mikroskopu. V experimentální části práce je studován vliv strukturní integrity OEC na stabilitu PSII a jeho formování do semikrystalických domén v izolovaných tylakoidních membránách ječmene setého (Hordeum vulgare) a mutanta ječmene viridis zb63 pomocí transmisní elektronové mikroskopie a jednočásticové obrazové analýzy a dále bezbarvé nativní polyakrylamidové gelové elektroforézy (CN-PAGE). Z provedených experimentů vyplývá, že PSII vykazuje náhodné uspořádání téměř ve všech snímcích granálních membrán ječmene setého. Vlivem chemického odstranění OEC dochází k rozpadu superkomplexů PSII. V granálních membránách mutanta ječmene viridis zb63, který se vyznačuje krystalickým uspořádáním PSII v membránách, byl po chemickém odstranění pozorován rozpad superkomplexů PSII a zároveň výrazný pokles krystalického uspořádání v membránách. Z obrazové analýzy bylo zjištěno, že chemické odstranění OEC v granálních membránách mutanta ječmene viridis zb63 vedlo k jinému typu krystalického uspořádání superkomplexů PSII. Výsledky práce ukazují, že strukturní celistvost OEC je důležitá pro stabilitu PSII a uspořádávání PSII do semikrystalických domén v membránách.

Abstract:

This work deals with an effect of structural integrity of oxygen evolving complex (OEC) on a higher organization of Photosystem II (PSII) in the thylakoid membrane of green plants. The theoretical part primarily deals with a composition, function and structure of PSII in the thylakoid membrane of higher plants and deals with an effect of structural integrity on a structure of PSII and thylakoid membranes. The theoretical part also includes a characteristics of barley viridis zb63 mutant and methods of image processing in electron microscopy are introduced. In the experimental part of the work the effect of structural integrity of OEC on the stability of PSII and its ability to form 2D semi-crystalline domains in the isolated thylakoid membrane from barley (Hordeum vulgare) and from barley mutant viridis zb63 is studied using transmission electron microscopy and single particle analysis and clear-native polyacrylamide gel electrophoresis. The performed experiments show that the PSII organization in grana membranes from barley is predominantly random. The PSII supercomplex is disintegrated by effect of chemically removed OEC. In the grana membranes of barley viridis zb63 mutant, which forms the 2D crystalline array of PSII in membrane, disintegration of PSII supercomplex and also the decrease of crystalline organization of PSII was observed after chemical removing OEC. Single particle analysis revealed that chemical removing OEC in grana membranes of barley viridis zb63 mutant led to another type of packing of the PSII supercomplexes. Results of this work show that structural integrity of PSII supercomplexes is important for stability and formation of semi-crystaline domain of PSII in the membranes.

Keywords

fotosystém II, komplex vyvíjející kyslík, mutant ječmene viridis zb63, transmisní elektronová mikroskopie, bezbarvá nativní polyakrylamidová gelová elektroforéza, jednočásticová obrazová analýza

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 30. 4. 2019

Thesis defence

• Supervisor: RNDr. Roman Kouřil, Ph.D.

Palacký University Olomouc

Faculty of Science

Master programme / field:
Biology / Experimental Biology