Президиум Российской академии наук
ПРИСУДИЛ
премию имени А.Н.Баха 2008 года
доктору биологических наук Александру Александровичу КОНСТАНТИНОВУ
за цикл работ
«Роль пероксидазной реакции в механизме энергосопряженного восстановления кислорода оксидазами дыхательной цепи»
Постановление Президиума РАН от 29.04.2008 № 318
Доктор биологических наук А. А. КОНСТАНТИНОВ
(НИИ физико-химической биологии им. А.Н.Белозерского
Московского государственного университета им. М.В.Ломоносова)
РОЛЬ ПЕРОКСИДАЗНОЙ РЕАКЦИИ В МЕХАНИЗМЕ ЭНЕРГОСОПРЯЖЕННОГО ВОССТАНОВЛЕНИЯ КИСЛОРОДА ОКСИДАЗАМИ ДЫХАТЕЛЬНОЙ ЦЕПИ
А.А.Константинов окончил с отличием биолого-почвенный факультет Московского государственного университета им. М.В.Ломоносова в 1972 г. В 1972-1975 годах обучался в аспирантуре биолого-почвенного факультета, с 1975 года работает в должности младшего, затем старшего и ведущего научного сотрудника Института физико-химической биологии им. А.Н.Белозерского МГУ. В 1985 г. защитил кандидатскую диссертацию, за которую в 1987 г. специальным решением ВАК СССР ему была присвоена степень доктора биологических наук по специальностям биохимия и биофизика. С 1994 г. А.А.Константинов заведует лабораторией электронного транспорта в Институте им. А.Н.Белозерского МГУ. С 2000 г. А.А.Константинов является Иностранным Исследователем Медицинского Института Ховарда Хьюза, с 2002 г. — полным адъюнкт-профессором Института Химико-Биологической Технологии Нового Лиссабонского Университета.
Исследования А.А.Константинова посвящены изучению переноса электронов и трансформации энергии в дыхательной цепи митохондрий и бактерий. В самом начале своей научной деятельности (1977 г.) А.А.Константинов предложил принципиально новый механизм энергизации мембраны цитохром с оксидазой, постулирующий векторный (т.е. направленный поперек мембраны) перенос протонов этим ферментом при участии протонных каналов. Основные постулаты механизма – в том числе наличие протонных каналов — были полностью подтверждены после расшифровки в 1995-1996 гг. трехмерной структуры цитохромоксидазы и разрешения во времени частных реакций каталитического цикла фермента. Большинство современных схем работы цитохромоксидазы являются модификациями этого механизма.
В группе А.А.Константинова подробно исследованы молекулярные механизмы переноса электронов и образования мембранного потенциала в цитохром с оксидазных комплексах типа aa3 из митохондрий и бактерий, в цитохромоксидазе типа ba3 из Thermus thermophilus, в бактериальных хинолоксидазах типа bd а также в комплексе цитохромов bc1, осуществляющем убихинол-цитохром с оксидазную реакцию в митохондриях. Отдельное направление исследований А.А.Константинова и сотр. связано с изучением свободнорадикальных форм убихинона в дыхательной цепи и механизма образования активных форм кислорода электронтранспортными системами митохондрий, ядер и микросом нормальных и опухолевых тканей. Значительный вклад был внесен А.А.Константиновым также в исследование механизма трансмембранного переноса заряда в реакционных центрах фотосинтезирующих бактерий.
В ходе исследований молекулярного механизма энергосопряженного восстановления кислорода в различных типах оксидаз дыхательной цепи А.А.Константиновым было показано, ключевую роль в этом процессе играет пероксидазная часть каталитического цикла цитохромоксидазы, что соответствует гипотезе высказанной около 100 лет назад А.Н.Бахом. Именно эта часть исследований отражена в цикле работ А.А.Константинова, выдвинутом на соискание премии Президиума РАН по биохимии им. А.Н.Баха.
По материалам исследований А.А. Константиновым опубликовано около 160 статей в отечественных и зарубежных изданиях. Наиболее значимые экспериментальные результаты по направлению, связанному с изучением оксидаз дыхательной цепи отражены в публикациях:
Константинов, A.A. (1977) Роль протонов в механизме работы пункта сопряжения III дыхательной цепи митохондрий: цитохромоксидаза как электронно-протонный генератор мембранного потенциала. Доклады Академии Наук СССР, 237, 713-716.
Artzatbanov, V.Yu., Konstantinov, A.A., and Skulachev, V.P. (1978) Involvement of intramitochondrial protons in redox reactions of cytochrome a. FEBS Lett., 87, 180-185.
Vygodina, T.V., and Konstantinov, A.A. (1988) H2O2-induced conversion of cytochrome c oxidase peroxy complex to oxoferryl state. Annals NY Acad. Sci., 550, 124-138.
Zaslavsky, D.L., Kaulen, A.D., Smirnova, I.A., Vygodina, T.V., and Konstantinov, A.A. (1993) Flash-induced membrane potential generation by cytochrome c oxidase. FEBS Lett., 336, 389-393.
Konstantinov, A.A. (1998) Cytochrome c oxidase as proton pumping peroxidase. J. Bioenerg. Biomembr. 30, 121-130.
Konstantinov, A.A., Siletskiy, S.A., Mitchell, D., Kaulen, A.D., and Gennis, R.B. (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.
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.
Azarkina, N., Siletsky, S., Borisov, V., von Wachenfeldt, C., Hederstedt, L., and Konstantinov, A.A. (1999). A cytochrome bb’-type quinol oxidase in Bacillus subtilis strain 168. J. Biol. Chem., 274, 32810-32817.
Vos, M.H., Borisov, V.B., Liebl, U., Martin, J.L., Konstantinov, A.A. (2000) Femtosecond resolution of ligand-heme interactions in the high-affinity quinol oxidase bd: a di-heme active site? Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 97, 1554-1559.
Pecoraro, C., Gennis, R.B., Vygodina, T.V., and Konstantinov, A.A. (2001) Role of the K-channel in the pH-dependence of the reaction of cytochrome c oxidase with hydrogen peroxide. Biochemistry, 40, 9695-9708.
Siletsky, S.A., Pawate, A.S., Weiss, K., Gennis, R.B., and Konstantinov, A.A. (2004) Transmembrane charge separation during the ferryl-oxo-> oxidized transition in a non-pumping mutant of cytochrome c oxidase. J. Biol. Chem., 279, 52558-52565.
Belevich, I., Borisov, V.B., Zhang, J., Yang, K., Konstantinov, A.A., Gennis, R.B., and Verkhovsky, M.I. (2005) Time-resolved electrometric and optical studies on cytochrome bd suggest a mechanism of electron-proton coupling in the di-heme active site. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 102, 3657–3662.
Выгодина, Т.В., Константинов, А.А. (2007) Пероксидазная активность митохондриальной цитохром с оксидазы. Биохимия, 72, 1300-1310.
Belevich, I, Borisov, V.B, Bloch, D.A, Konstantinov, A.A., Verkhovsky, M.I. (2007) Cytochrome bd from Azotobacter vinelandii: evidence for high-affinity oxygen binding. Biochemistry, 46, 11177-84.