Cилецкий Сергей Алексеевич

• Впервые показано, что перенос на кислород 3 и 4 электронов в каталитическом цикле цитохромоксидазы митохондрий (переходы P®F и F®O, соответственно) сопряжен с суммарным электрогенным переносом равного количества зарядов через мембрану. Впервые показано, что фотоиндуцированный электрон-донорными комплексами рутения переход P®F цитохромоксидазы митохондрий включает две миллисекундные ("средняя" и "медленная") компоненты генерации мембранного потенциала, отражающие электрогенный перенос протонов, сопряженный с реокислением гема а биядерным центром фермента.
• Впервые показано, что в фотоиндуцированных одноэлектронных переходах P→F и F→O цитохромоксидазы митохондрий, половина суммарной величины электрогенного перемещения протонов образуется в "средней" электрогенной фазе синхронно с редокс-реакцией переноса электрона от гема а в BNC (с t~0.3 мс и t~1 мс, соответственно). Другая часть электрогенного переноса протонов в переходах P→F и F→O происходит в "медленной" электрогенной фазе (с t~1.8 мс и t~4.5 мс, соответственно), засчет сохранения части свободной энергии редокс-реакции в метастабильном состоянии фермента.
• Впервые разрешена кинетика генерации мембранного потенциала прокариотической цитохромоксидазой aa₃-типа из Rhodobacter sphaeroides. Показано сходство общей организации разрешенных стадий внутрибелкового электрогенного переноса зарядов представителями гем-медных терминальных оксидаз семейства А (митохондриальной цитохромоксидазой и цитохромоксидазой аа₃ из R.sphaeroides).
• Впервые показано, что электрогенная транслокация протонов в ходе каталитического цикла цитохромоксидазы aa₃-типа из R.sphaeroides происходит через протон-проводящие D и К каналы, содержащие критически важные консервативные протон-обменивающие группы. Впервые показано, что протонный D-канал обслуживает перенос помпируемых протонов, а также перенос субстратных протонов в окислительной полуреакции каталитического цикла (стадии P→F, F→O), в то время как K-канал участвует в переносе субстратных протонов в восстановительной полуреакции (при переносе в BNC первых двух электронов в каталитическом цикле).
• Впервые показано, что F→O переход ЦО c мутацией N139D, характеризующейся ингибированием протон-помпирующей функции, сопряжен с суммарной транслокацией через мембрану одного элементарного заряда. Дополнительный вклад электрогенного переноса протонов в ЦО дикого типа из R. sphaeroides и ЦО митохондрий соответствует трансмембранному переносу не более одного (~0.9) помпируемого протон в каждом из переходов P→F и F→O окислительной фазы каталитического цикла.
• Впервые показано, что в "средней" электрогенной фазе в переходе F→O происходит перенос помпируемого протона к внешней стороне мембраны, в то время как "медленная" электрогенная фаза связана с переносом субстратного протона из внутренней водной фазы к BNC. Впервые показано, что ионы цинка, ингибирующее стадии переноса протонов в ряде мембранных белков, тормозят "медленную" электрогенную фазу переноса протона при добавлении к протеолипосомам с ЦО с внешней стороны мембраны.
• Предложена модель организации двухстадийного электрогенного переноса протонов в переходе F→O каталитического цикла цитохромоксидаз семейства А. Первая стадия включает в себя перемещение помпируемого протона из внутренней водной фазы через консервативный остаток глутамата E286 в верхней части D-канала к промежуточному акцептору протона над биядерным центром. Вторая стадия включает в себя высвобождение помпируемого протона на внешнюю сторону мембраны, сопряженное с электрогенным перемещением субстратного протона с внутренней стороны мембраны к биядерному центру.
• Впервые разрешены интермедиаты каталитического цикла представителя семейства B гем-медных терминальных оксидаз (цитохромоксидазы ba₃ из Thermus thermophilus) в быстрой реакции с кислородом в режиме одного оборота. Выявлено отличие оксидаз семейств А и B в локализации внутреннего акцептора протона в кинетическом интермедиате, соответствующем состоянию F. В цитохромоксидазах семейства А перенос субстратного протона происходит непосредственно в биядерный центр (к связанному с Cu_B гидроксил-аниону), тогда как в цитохромоксидазе ba₃ акцептор протона локализован вне биядерного центра.
• Впервые показано, что причиной сниженной усредненной эффективности протонного насоса ba₃ ЦО из T. thermophilus является отсутствие сопряженного трансмембранного переноса протона в ряде одноэлектронных стадий каталитического цикла. В тоже время другие одноэлектронные стадии сопряжены с трансмембранным переносом 1 протона также, как в цитохромоксидазах семейства А.
• Установлено, что при восстановлении низкоспинового гема b каталитический биядерный центр окисленной цитохромоксидазы ba₃ из T.thermophilus переходит в открытое состояние и приобретает способность связывать внешние лиганды.

1.Zaslavsky D.L., Smirnova I.A., Siletsky S.A., Kaulen A.D., Millett F. and Konstantinov A.A. (1995) Rapid kinetics of membrane potential generation by cytochrome c oxidase with photoactive Ru(II)-tris-bipyridyl derivative of cytochrome c as electron donor. FEBS Lett. 359, 27-30.

2.Konstantinov A.A., Siletsky S. A., Mitchell D., Kaulen A. D., and R. B. Gennis (1997) The roles of the two proton input channels in cytochrome c oxidase from Rhodobacter sphaeroides probed by the effects of site-directed mutations on time resolved electrogenic Intraprotein proton transfer. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 94, 9085-9090.

3.Siletsky S., Kaulen A. D., and Konstantinov A.A. (1999) Resolution of electrogenic steps coupled to conversion of cytochrome c oxidase from the Peroxy to the Ferryl-Oxo state. Biochemistry 38, 4853-4861.

4.Siletskiy S.A., Soulimane T., Azarkina N., Vygodina T.V., Buse G., Kaulen A., and Konstantinov A. (1999) Time-resolved generation of membrane potential by ba3 cytochrome c oxidase from Thermus thermophilus. FEBS Lett. 457, 98-102.

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

6.Lee A., Kirichenko A., Vygodina T., Siletsky S.A., Das T.K., Rousseau D.L., Gennis R., Konstantinov A.A. (2002). Ca2+-binding site in Rhodobacter sphaeroides cytochrome c oxidase. Biochemistry. 41, 8886-98.

7.Siletsky S.A., Pawate AS, Weiss K, Gennis RB, Konstantinov AA. (2004). Transmembrane charge separation during the ferryl-oxo -> oxidized transition in a nonpumping mutant of cytochrome c oxidase. J Biol Chem. 279, 52558-65.

8.Кузнецова С.С., Ацаркина Н.В., Выгодина Т.В., Силецкий С.А., Константинов А.А., (2005). Ионы цинка как ингибитор цитохром с оксидазы: две точки дейстивя на фермент. Биохимия. 70, 160-170.

9.Siletsky S.A., Han D., Brand S., Morgan J.E., Fabian M., Geren L., Millett F., Durham B., Konstantinov A.A., Gennis R.B. (2006). Single-electron photoreduction of the P(M) intermediate of cytochrome c oxidase. Biochim Biophys Acta. 1757, 1122-32.

10.Mamedov M.D., Tyunyatkina A.A., Siletsky S.A., Semenov A.Y. (2006) Voltage changes involving photosystem II quinone-iron complex turnover. Eur Biophys J. 35, 647-54.

11.Siletsky S.A., Belevich I, Jasaitis A, Konstantinov A.A., Wikstrom M., Soulimane T., Verkhovsky M.I. (2007). Time-resolved single-turnover of ba3 oxidase from Thermus thermophilus. Biochim Biophys Acta. 1767, 1383-92.

12.Siletsky S.A., Belevich I., Wikstrom M., Soulimane T., and Verkhovsky M.I.. (2009) Time-resolved OH->EH transition of the aberrant ba3 oxidase from Thermus thermophilus. Biochim. Biophys. Acta. 1787, 201-205.

13.Siletsky S.A., Zhu J., Gennis R.B., Konstantinov A.A. (2010) Partial steps of charge translocation in the nonpumping N139L mutant of Rhodobacter sphaeroides cytochrome c oxidase with a blocked D-channel. Biochemistry 49, 3060-3073.

14.Siletsky S.A., Belevich I., Belevich N.P., Soulimane T., Verkhovsky M.I. (2011) Time-resolved single-turnover of caa3 oxidase from Thermus thermophilus. Fifth electron of the fully reduced enzyme converts O(H) into E(H) state. Biochim. Biophys. Acta 1807, 1162-1169.

15.Siletsky S.A., Konstantinov A.A. (2012) Cytochrome c oxidase: Charge translocation coupled to single-electron partial steps of the catalytic cycle. Biochim. Biophys. Acta. 1817, 476-88.

Тезисы конференций.

1.Siletsky S.A., Kaulen A.D., Mitchell D., Gennis R.B., Konstantinov, A.A. (1996) Resolution of two proton conduction pathways in cytochrome c oxidase. Biochim. Biophys. Acta, EBEC Short Reports, 9, 90.

2.Mitchell D., Siletsky S.A., Kaulen A.D., Konstantinov A.A., Fetter D.A., Mills D.A., Ferguson-Miller S., Gennis R.B. (1996) The use of mutants to study the putative proton-conducting channels in the heme-copper oxidases. EBEC Short Reports (List of participant and late abstract), 3.

3.Siletsky S.A., Kaulen, A.D., Konstantinov, A.A. (1997) Electrogenic events associated with peroxy-to-ferryl-oxo state transition in cytochrome c oxidase. Eur. Biophys. J., 2nd European Biophysics Congress, 26, 98.

4.Siletsky S.A., Kaulen A.D., Konstantinov A.A., F-to-O transition of cytochrome c oxidase: pH and temperature effects on kinetics of charge translocation. Abstracts of the 18th Internatl. Congress of Biochemistry and Molecular Biology, (2000), Birmingham, 457.

5. Siletsky S. Thomson F., Gennis R., Kaulen A.D., Konstantinov A. (2002) Time-resolved studies of intraprotein proton transfer in the D-channel mutants of Rhodobacter sphaeroides cytochrome c oxidase. Biochim. Biophys. Acta, EBEC Short Reports, 12, 114.

6.Khoroshyi P., Tenger K., Borovok N., Kotlyar A., Siletsky S., Zimanyi L. (2003) Electron transfer steps in cytochrome c and cytochrome oxidase. 10th European Conference on the spectroscopy of biological molecules, 153.

7.Kuznetsova S.S., Azarkina N.V., Vygodina T.V., Siletsky S.A., Konstantinov A.A. (2005) Cytochrome c oxidase inhibition by zink ions. “Российская биоэнергетика: от молекул к клетке”, Москва, МГУ, 48-49.

8. Siletsky S., Pawate A., Weiss K., Gennis R., Konstantinov A. (2005) Study of electrogenic proton transfer in cytocrhome c oxidase, “Российская биоэнергетика: от молекул к клетке”, Москва, МГУ, 60.

9.Siletsky, S.A., Weiss, K., Pawate, A.S., Gennis, R.B., Konstantinov, A.A. (2006) The intraprotein proton transfer in the D-channel mutants of Rhodobacter sphaeroides cytochrome c oxidase. Biochim. Biophys. Acta, EBEC Short Reports, 14, 233.

10.Siletsky, S.A., Zaslavsky D., Simrnova I.A., Vygodina, T.V., Konstantinov A.A. (2006) Rapid kinetics of charge translocation by cytochrome c oxidase: transition between the feryl-oxo and ferric states. Biochim. Biophys. Acta, EBEC Short Reports, 14, 72.

11.Siletsky, S., Konstantinov, A.A. (2006) Electrogenic mechanism of cytochrome c oxidase. The 8th European Biological Chemistry Conference, EUROBIC 8, 2006, p.80.

12.Tyunyatkina, A.A., Siletsky, S.A., Semenov, A.Yu., Mamedov, M.D. (2006) Electrogenicity due to quinine-iron complex turnover. Biochim. Biophys. Acta, EBEC Short Reports, 14, 245.

13.I. Belevich, S.A. Siletsky, A. Jasaitis, A. Kronstantinov, M. Wikstrom, T. Soulimane, M.I. Verkhovsky. (2008) Single-turnover of ba3 oxidase from Thermus thermophilus. Biochim. Biophys. Acta, EBEC Short Reports, 1777, S73.

14.Siletsky S.A. Belevich I., Jasaitis A., Konstantinov A.A., Wikstrom M., Soulimane T., Verkhovsky M. (2008) Time-resolved study of ba3 cytochrome oxidase form Thermus thermophilus. V съезд Российского фотобиологического общества Международная конференция “Преобразование энергии света при фотосинтезе” Пущино, 60.

15.I. Belevich, S.A. Siletsky, M. Wikstrom, T. Soulimane, M.I. Verkhovsky. (2009). Electron transfer during OH to EH transition of the aberrant ba3 oxidase from Thermus thermophilus. Eur. Biophys. J. 38. S35, S212.