Accumulation of ferredoxin and flavodoxin in a marine diatom in response to Fe

R. Michael L. McKay; Julie La Roche; Alexander F. Yakunin; Dion G. Durnford; Richard J. Geider

doi:10.1046/j.1529-8817.1999.3530510.x

Accumulation of ferredoxin and flavodoxin in a marine diatom in response to Fe

R. Michael L. McKay, Julie La Roche, Alexander F. Yakunin, Dion G. Durnford, Richard J. Geider

Producción científica: Contribución a una revista › Artículo › revisión exhaustiva

55 Citas (Scopus)

Resumen

Despite recognition that Fe availability is significant in regulating oceanic production in some regions, the biogeochemistry of this trace element is poorly understood. To complement contemporary methods of analytical chemistry, we have used an immunological approach to monitor the Fe nutrition of marine phytoplankton. In prokaryotes and numerous microalgae, the redox catalyst ferredoxin is functionally replaced by flavodoxin during periods of Fe deficiency. In this study, antibodies were raised against ferredoxin purified from a marine diatom, and their utility as a diagnostic indicator was assessed. A species survey demonstrated broad reactivity with both pennate and centric diatoms and additionally with several nondiatom taxa. In batch cultures of the diatom Phaeodactylum tricornutum Bohlin, in which Fe levels were varied, accumulation of ferredoxin varied with the physiological state of the culture; in unimpaired cells (F(v)/F(m) > 0.65), ferredoxin levels were high, whereas levels dropped markedly in cells experiencing even slight photochemical impairment. Accumulation of flavodoxin varied inversely with that of ferredoxin. An experiment was performed to demonstrate the temporal pattern of accumulation of ferredoxin upon recovery from Fe limitation. Prior to Fe amendment, cells were physiologically impaired (chlorotic, F(v)/F(m) < 0.3) and contained flavodoxin but no detectable ferredoxin. Following addition of Fe, constraints on photochemistry were relaxed within hours. Coinciding with this, levels of flavodoxin declined, whereas ferredoxin was accumulated to high levels within 8 h.

Idioma original	English
Páginas (desde-hasta)	510-519
Número de páginas	10
Publicación	Journal of Phycology
Volumen	35
N.º	3 II
DOI	https://doi.org/10.1046/j.1529-8817.1999.3530510.x
Estado	Published - jun. 1999
Publicado de forma externa	Sí

Nota bibliográfica

Funding Information:
*Altitud máxima real o calculada en función de presión intracámara y/o FiO2 aplicada. (a) Denominación dada al primer ensayo realizado en cámara hipobárica; ante presiones menores de 410 mmHg, equivalentes a >5.000 m, se inhaló intermitentemente mezclas enriquecidas en oxígeno, aunque no se especificó la FiO2 utilizada. (b) Proyecto en cámara hipobárica sin nomenclatura específica; se utilizó una FiO2=29,2% a 11.650 m. (c-d) Expediciones no propiamente científicas aunque se obtuvieron muestras de gases pulmonares hasta las altitudes respectivas especifi-cadas. (e) El proyecto hace referencia a atmósfera estándar en cámara hipobárica; muestras de gases pulmonares con PiO2=43 mmHg, equivalente a 8.848 m. (f) Expedición no propiamente científica aunque se obtuvieron parámetros ventilatorios a 6.470 m y muestras de gases pulmonares a 7.325 m. (g) Proyecto en cámara hipobárica sin nomenclatura específica; pertenece al “The Mount Everest oxygen mask-Medical Research Council High Altitude Committee”. (h) Denominada también “Himalayan Scientific and Mountaineering Expedition”; ergometrías realizadas a 7.430 m; muestras de gases pulmonares a 7.830 m. (i) Ergometrías realizadas a 5.350 m y muestras de gases a 6.500 m. (j) Siglas internacionales como se conoce a la “American Medical Research Expedition to Mt. Everest”; ergometrías realizadas a 6.300 m con una FiO2=14%, equivalente a 8.848 m; muestras de gases pulmonares obtenidas en altitud real de 8.848 m. (k) El proyecto hace referencia a atmósfera estándar en cámara hipobárica; ergometrías realizadas a 9.150 m con una PiO2=43 mmHg, equivalente a 8.848 m. (l) Expedición no propiamente científica aunque se obtienen muestras de gases alveolares y SaO2. (m) También denominada “MedEx”; se obtienen muestras de gases alveolares y SaO2. (n) Ergometrías realizadas a 7.000 m en cámara hipobárica; muestras de gases pulmonares con una PiO2=43 mmHg, equivalente a 8.848 m. (o) Denominado también “Yale-NASA Mt. Everest Telemedicine Project” o “E3”. (p) Denominado también “Ludwig Maximilians University Expedition to Mt. Everest”; se obtiene polisomnografía a 7.500 m y SaO2 a 8.763 m. (q) Ergometrías realizadas a 7.950 m y gasometrías arteriales a 8.400 m. (r) Proyecto dependiente del “Caudwell Xtreme Everest Hypoxia Research Consortium”; se obtienen numerosas muestras espirométricas.

Funding Information:
El pulmón es uno de los órganos que más se ve afectado a gran altitud. La respiración y la circulación pulmonar adquieren un rol decisivo en la adaptación a la hipoxia pues deben garantizar las demandas de oxígeno celular y es durante el ejercicio físico cuando puede alcanzarse una de las situaciones fisiológicamente más críticas. Asimismo, la vía respiratoria está directamente expuesta a otros factores ambientales nocivos propios de la altitud, como baja temperatura y humedad relativa o presencia de ozono. Los conocimientos que hoy en día disponemos acerca del ser humano expuesto entre los 8.000 m y 8.848 m han sido proporcionados por las numerosas publicaciones científicas generadas, básicamente, por los siguientes ambiciosos proyectos de investigación llevados a cabo en cámaras hipobáricas: en EUA la “Operation Everest I” de 1946, la “Operation Everest II” de 1985, y en Francia la “Operation Everest III-COMEX” de 1997; así como por las siguientes expediciones científicas realizadas en el Mt. Everest: “American Medical Research Expedition to Everest” de 1981, “British 40th Anniversary Everest Expedition” de 1993, y la británica “Caudwell Xtrem Everest” de 200712-17. Pese a no haberse alcanzado tales altitudes destacan, muy especialmente, la expedición

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10.1046/j.1529-8817.1999.3530510.x

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author = "McKay, {R. Michael L.} and {La Roche}, Julie and Yakunin, {Alexander F.} and Durnford, {Dion G.} and Geider, {Richard J.}",

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N1 - Funding Information: *Altitud máxima real o calculada en función de presión intracámara y/o FiO2 aplicada. (a) Denominación dada al primer ensayo realizado en cámara hipobárica; ante presiones menores de 410 mmHg, equivalentes a >5.000 m, se inhaló intermitentemente mezclas enriquecidas en oxígeno, aunque no se especificó la FiO2 utilizada. (b) Proyecto en cámara hipobárica sin nomenclatura específica; se utilizó una FiO2=29,2% a 11.650 m. (c-d) Expediciones no propiamente científicas aunque se obtuvieron muestras de gases pulmonares hasta las altitudes respectivas especifi-cadas. (e) El proyecto hace referencia a atmósfera estándar en cámara hipobárica; muestras de gases pulmonares con PiO2=43 mmHg, equivalente a 8.848 m. (f) Expedición no propiamente científica aunque se obtuvieron parámetros ventilatorios a 6.470 m y muestras de gases pulmonares a 7.325 m. (g) Proyecto en cámara hipobárica sin nomenclatura específica; pertenece al “The Mount Everest oxygen mask-Medical Research Council High Altitude Committee”. (h) Denominada también “Himalayan Scientific and Mountaineering Expedition”; ergometrías realizadas a 7.430 m; muestras de gases pulmonares a 7.830 m. (i) Ergometrías realizadas a 5.350 m y muestras de gases a 6.500 m. (j) Siglas internacionales como se conoce a la “American Medical Research Expedition to Mt. Everest”; ergometrías realizadas a 6.300 m con una FiO2=14%, equivalente a 8.848 m; muestras de gases pulmonares obtenidas en altitud real de 8.848 m. (k) El proyecto hace referencia a atmósfera estándar en cámara hipobárica; ergometrías realizadas a 9.150 m con una PiO2=43 mmHg, equivalente a 8.848 m. (l) Expedición no propiamente científica aunque se obtienen muestras de gases alveolares y SaO2. (m) También denominada “MedEx”; se obtienen muestras de gases alveolares y SaO2. (n) Ergometrías realizadas a 7.000 m en cámara hipobárica; muestras de gases pulmonares con una PiO2=43 mmHg, equivalente a 8.848 m. (o) Denominado también “Yale-NASA Mt. Everest Telemedicine Project” o “E3”. (p) Denominado también “Ludwig Maximilians University Expedition to Mt. Everest”; se obtiene polisomnografía a 7.500 m y SaO2 a 8.763 m. (q) Ergometrías realizadas a 7.950 m y gasometrías arteriales a 8.400 m. (r) Proyecto dependiente del “Caudwell Xtreme Everest Hypoxia Research Consortium”; se obtienen numerosas muestras espirométricas. Funding Information: El pulmón es uno de los órganos que más se ve afectado a gran altitud. La respiración y la circulación pulmonar adquieren un rol decisivo en la adaptación a la hipoxia pues deben garantizar las demandas de oxígeno celular y es durante el ejercicio físico cuando puede alcanzarse una de las situaciones fisiológicamente más críticas. Asimismo, la vía respiratoria está directamente expuesta a otros factores ambientales nocivos propios de la altitud, como baja temperatura y humedad relativa o presencia de ozono. Los conocimientos que hoy en día disponemos acerca del ser humano expuesto entre los 8.000 m y 8.848 m han sido proporcionados por las numerosas publicaciones científicas generadas, básicamente, por los siguientes ambiciosos proyectos de investigación llevados a cabo en cámaras hipobáricas: en EUA la “Operation Everest I” de 1946, la “Operation Everest II” de 1985, y en Francia la “Operation Everest III-COMEX” de 1997; así como por las siguientes expediciones científicas realizadas en el Mt. Everest: “American Medical Research Expedition to Everest” de 1981, “British 40th Anniversary Everest Expedition” de 1993, y la británica “Caudwell Xtrem Everest” de 200712-17. Pese a no haberse alcanzado tales altitudes destacan, muy especialmente, la expedición

PY - 1999/6

Y1 - 1999/6

N2 - Despite recognition that Fe availability is significant in regulating oceanic production in some regions, the biogeochemistry of this trace element is poorly understood. To complement contemporary methods of analytical chemistry, we have used an immunological approach to monitor the Fe nutrition of marine phytoplankton. In prokaryotes and numerous microalgae, the redox catalyst ferredoxin is functionally replaced by flavodoxin during periods of Fe deficiency. In this study, antibodies were raised against ferredoxin purified from a marine diatom, and their utility as a diagnostic indicator was assessed. A species survey demonstrated broad reactivity with both pennate and centric diatoms and additionally with several nondiatom taxa. In batch cultures of the diatom Phaeodactylum tricornutum Bohlin, in which Fe levels were varied, accumulation of ferredoxin varied with the physiological state of the culture; in unimpaired cells (F(v)/F(m) > 0.65), ferredoxin levels were high, whereas levels dropped markedly in cells experiencing even slight photochemical impairment. Accumulation of flavodoxin varied inversely with that of ferredoxin. An experiment was performed to demonstrate the temporal pattern of accumulation of ferredoxin upon recovery from Fe limitation. Prior to Fe amendment, cells were physiologically impaired (chlorotic, F(v)/F(m) < 0.3) and contained flavodoxin but no detectable ferredoxin. Following addition of Fe, constraints on photochemistry were relaxed within hours. Coinciding with this, levels of flavodoxin declined, whereas ferredoxin was accumulated to high levels within 8 h.

AB - Despite recognition that Fe availability is significant in regulating oceanic production in some regions, the biogeochemistry of this trace element is poorly understood. To complement contemporary methods of analytical chemistry, we have used an immunological approach to monitor the Fe nutrition of marine phytoplankton. In prokaryotes and numerous microalgae, the redox catalyst ferredoxin is functionally replaced by flavodoxin during periods of Fe deficiency. In this study, antibodies were raised against ferredoxin purified from a marine diatom, and their utility as a diagnostic indicator was assessed. A species survey demonstrated broad reactivity with both pennate and centric diatoms and additionally with several nondiatom taxa. In batch cultures of the diatom Phaeodactylum tricornutum Bohlin, in which Fe levels were varied, accumulation of ferredoxin varied with the physiological state of the culture; in unimpaired cells (F(v)/F(m) > 0.65), ferredoxin levels were high, whereas levels dropped markedly in cells experiencing even slight photochemical impairment. Accumulation of flavodoxin varied inversely with that of ferredoxin. An experiment was performed to demonstrate the temporal pattern of accumulation of ferredoxin upon recovery from Fe limitation. Prior to Fe amendment, cells were physiologically impaired (chlorotic, F(v)/F(m) < 0.3) and contained flavodoxin but no detectable ferredoxin. Following addition of Fe, constraints on photochemistry were relaxed within hours. Coinciding with this, levels of flavodoxin declined, whereas ferredoxin was accumulated to high levels within 8 h.

UR - http://www.scopus.com/inward/record.url?scp=0033035180&partnerID=8YFLogxK

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M3 - Article

AN - SCOPUS:0033035180

SN - 0022-3646

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JO - Journal of Phycology

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IS - 3 II

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Accumulation of ferredoxin and flavodoxin in a marine diatom in response to Fe

Resumen

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