TCA法去除放氧外周蛋白对PSⅡ放氧侧的影响

具有放氧活性的光系统Ⅱ(PSⅡ)膜颗粒主要由反应中心蛋白D1和D2、细胞色素b559、叶绿素结合蛋白CP47和CP43、分子量分别为17,23和33 ku的外周蛋白以及光能转换所必需的辅助因子组成.吸收光能后,放氧机构通过S_0→S_4循环转换氧化还原状态,将水分解形成分子氧.3个外周蛋白在光合氧释放过程中起着重要的作用.最近我们报道了一种新的释放PSⅡ放氧外周蛋白的方法:用不同浓度的三氯乙酸盐(TCA-NaOH)缓冲液处理PS Ⅱ膜颗粒,可以将3个外周蛋白逐一释放,这种处理同其它处理方法不同,不依赖于光照和介质pH,而且PSⅡ膜颗粒依然保持光化学活性,该方法使我们能够有特点地探讨放氧机构,如了解一个外周蛋白的逐次丢失给PSⅡ反应中心的结构带来什么样的改变以及对光能转换机制造成何种影响?本文中,我们利用Fourier变换红外光谱     

光系统Ⅱ中磷脂极性基团的缺失导致其放氧活性和蛋白质二级结构的改变

通过氧极谱技术和傅里叶变换红外光谱（FT－IR）技术，用酶学方法对光系统Ⅱ（PSⅡ）中惟一的磷脂－磷脂酰甘油（PG）极性基团的作用进行了探讨，结果表明，PG极性基团的缺失导致PSⅡ放氧活性的降, 时影响PSⅡ蛋白质的结构，引起蛋白质二级结构中α－螺旋（α－helix)的增加和β－股（β－strand)的减少，这说明PG分子中的极性基因与PSⅡ蛋白质之间存在着氢键作用，并有利于维持PSⅡ蛋白质的适宜结构，进而影响PSⅡ的放氧活性。     

甜菜碱对PSⅡ放氧中心结构的选择性保护

植物光系统Ⅱ( PS Ⅱ)放氧中心复合体主要包括跨类囊体膜的D1,D2多肽和暴露于水相的分子量分别为18,23,33ku的3个外周蛋白.高浓度盐等多种处理方法,都可使外周蛋白部分或全部脱落,进而影响水氧化放氧的关键机构——锰分子簇的正常运转.最近报道的三氯乙酸盐处理放氧中心复合体是一种使与放氧有关的外周蛋白依次脱落的新方法,其作用特点与分子的疏水性有明显的相关性.由于外周蛋白暴露于水相之中,容易遭受水分胁迫的影响,因而PSⅡ膜颗粒可成为植物水分胁迫研究的一个理想模型. 甜菜碱是一种较普遍存在于细菌及动植物中的渗透调节物质,在高盐条件下的组织中尤为常见.90年代以来,一些实验证明,甜菜碱可以保护PSⅡ颗粒,防止高浓度盐造成的外周蛋白脱落;研究还表明,甜菜碱可以稳定Mn簇的空间结构,维持在高盐环境中 PSⅡ颗粒的放氧活性.而高浓度甜菜碱本身不影响PSⅡ颗粒的放氧功能.本实验通过用NaCl、三氯乙酸钠(TCA)处理PSⅡ膜颗粒,比较两种处理时,甜菜碱稳定外周蛋白的作用有何异同,进一步研究甜菜碱稳定作用的本质.     

Cl~-维持PSII锰复合物功能结构的实验证据

锰原子附着在植物光系统Ⅱ(PSⅡ)反应中心D_1和D_2蛋白上,构成锰蛋白复合物,在外周天线蛋白(47,43kD)、3种水溶性蛋白(33,23,17ku)、无机离子Ca~(2+)和Cl~-的辅助调节下,吸收光能,通过S_0→S_4态的循环,将水分解,形成分子氧.用氯化钠溶液清洗去除23,17ku水溶性蛋白后,水分解酶中锰原子极易被PD(Phenylenediamine,苯二胺)和HQ(Hydroquinone,氢醌)之类还原剂攻击,由Mn≥3+还原形成Mn~(2+)并释放出水分解酶,此过程伴随着水分解活性的相应降低.     

光合放氧中心结构和放氧机理的新模型

目前在放氧中心的结构和放氧机理方面均存在许多重要问题待解决。结合最新研究成果，提出了放氧中心结构和放氧机理新模型，在新结构模型中，２个Ｈ２Ｏ分子不对称地结合于“Ｃ”形结构开口端２个低价的Ｍｎ＾Ⅱ１和Ｍｎ＾Ⅲ４上，并保持较大距离；２个组氨酸的咪唑环通过Ｎ原子与２个高价的Ｍｎ＾Ⅳ２，Ｍｎ＾Ⅳ３结合；Ｃｌ结合于Ｍｎ＾Ⅲ４，并与Ｃａ相连；Ｃａ通过Ｏ桥和ＣＯＯ－相连使２个Ｍｎ２０２单元保持特定空间构型。整个     

热处理过程中磷脂酰胆碱对光系统Ⅱ膜复合物的保护作用

将光系统Ⅱ膜复合物与具有不同脂酰基侧链的磷脂酰胆碱(PC)重组, 然后利用氧电极、可变荧光和圆二色光谱研究在热处理过程中磷脂酰胆碱对光系统Ⅱ膜复合物的保护作用. 热处理降低了光系统Ⅱ膜复合物的放氧速率和F_v'/F_m' , 同时影响了光系统Ⅱ膜复合物的圆二色光谱, 但是PC抑制了热处理对光系统Ⅱ膜复合物的放氧速率、F_v'/F_m' 和圆二色光谱的影响. 这些结果暗示在热处理过程中, PC对光系统Ⅱ膜复合物有保护作用, 并且PC的脂酰基侧链的不饱和程度对PC的热保护能力有影响.     

固氮条件下Greifswald磁螺菌的深层培养及其固氮活性的调节

建立了Greifswald磁螺菌（Magnetospirillum gryphiswaldense)在固氮条件下(微好氧和限铵)的深层培养技术．在以乳酸钠为碳源的限氮培养基中，通入含0．4％—0．8％ O2的氮气，pH和温度分别控制在7．2和30℃，经3次补料，培养21h细胞密度A600nm可达1．3，固氮活性为217nmol/h。氧和铵对固氮活性有明显的抑制作用，说明该菌具有固氮酶合成后的活性调节系统。     

藻胆体-类囊体膜复合物内能量传递机制研究——Ⅱ.皮秒级时间分辨荧光发射光谱(77K)方法

在前文,我们利用稳态光谱技术(77K)和光谱解叠方法对藻胆体-类囊体膜复合物在不同光状态条件下能量传递途径及机制进行详细研究。结果表明:在该复合物内,能量由藻胆体(PBS)向两个反应中心(PSⅠ和PSⅡ)的传递是并行的,只是在不同光状态条件下,能量由PBS向PSⅡ和PSⅠ反应中心传递的能量份额发生相对变化而已,即二元复合物模型。为了进一步证实前文的结论,本文通过皮秒级时间分辨荧光发射光谱技术对藻胆体-类囊体膜复合物内的能量传递途径和机制进行深入的研究。     

光系统Ⅱ反应中心电荷分离和能量传递的动力学研究

光合作用中最核心的步骤之一是在反应中心进行的原初反应,PSⅡ反应中心原初反应的机理研究已日益成为国际光合作用研究的焦点这一.1987年Nanba和Satoh首次分离纯化出PSⅡ反应中心D1/D2/Cyt b559复合物以来,国际上对PSⅡ反应中心的原初电荷分离(Charge separation)、电荷重组(Charge recombination)和能量传递过程的动力学性质采用时间分辨荧光光谱和吸收光谱及烧孔谱(Hole-burning Spectroscopy)等技术进行研究,已取得一些有意义的结果.但是,由于PSⅡ反应中心中色素分子的吸收光谱重叠严重,其吸收光谱在675nm处仅有一个吸收峰,无法选择性地激发原初电子供体P680,实验得到的数据比较复杂,不同实验室得到的动力学数据以及对实验数据的解释,都存在较大差异,甚至完全相反.本文以菠菜叶绿体中的PSⅡ颗粒、PSⅡ核心复合物(CP47/CP43/D1/D2/Cyt b559)和PSⅡ反应中心复合物(D1/D2/Cyt b559)为材料,用皮秒和飞秒激光技术对光系统Ⅱ反应中心电荷分离和能量传递的动力学进行研究,测定出光系统Ⅱ反应中心内部β-胡萝卜素和原初电子供体P680之间的能量传递以及PSⅡ反应中心原初电荷分离的时间常数,提出了可能的动力学模型.     

藻胆体-类囊体膜复合物内能量传递机制研究——Ⅱ.皮秒级时间分辨荧光发射光谱(77K)方法

<正>在前文,我们利用稳态光谱技术(77K)和光谱解叠方法对藻胆体-类囊体膜复合物在不同光状态条件下能量传递途径及机制进行详细研究。结果表明:在该复合物内,能量由藻胆体(PBS)向两个反应中心(PSⅠ和PSⅡ)的传递是并行的,只是在不同光状态条件下,能量由PBS向PSⅡ和PSⅠ反应中心传递的能量份额发生相对变化而已,即二元复合物模型。为了进一步证实前文的结论,本文通过皮秒级时间分辨荧光发射光谱技术对藻胆体-类囊体膜复合物内的能量传递途径和机制进行深入的研究。     

藻胆体-类囊体膜复合物内能量传递机制研究——Ⅰ.光状态转换技术和光谱解叠方法

目前,对藻类光合作用原初过程的研究大多集中在藻胆体(PBS)、孤立藻胆蛋白(Biliproteins)及PSⅡ和PSⅠ反应中心上,得出激发能在这些复合物内的定性流向和定量参数,从而为这一领域进行深入研究奠定了可靠的基础。然而,由于上述研究是对孤立的或部分的光合器而不是对整体来进行的,所以,它不可能解释藻胆体为什么能将其所吸收的光能高效地和快速地传递给反应中心并将其在两个反应中心(PSⅡ和PSⅠ)之间进行合理地分配。为了解决这一问题,一些研究人员利用光状态转换(Light state transition)技术和时间分辨光谱技术对整藻细胞进行研究,基于研究结果,人们对藻胆体向光合反应中心能量传递机制找出3种可能的模式:(1)“溢出”模型(Spillover over model),该模型认为:能量传递途径是PBS-PSⅡ-PSⅠ;(2)二元复合物模型,也就是说PBS-PSⅡ复合物和PBS-PSⅠ复合物独立存在,能量传递途径是PBS-PSⅡ和PBS-PSⅠ;(3)三元复合物模型,它认为存在一个三元复合物(PSⅡ-PBS-PSⅠ),能量从PBS向PSⅡ和PSⅠ分配是通过PBS在该复合物中精确的位移来调节的。许多研究结果表明能量“溢出”模型不是能量从PBS向PSⅠ传递的主要途径。目前蓝藻光合作用光状态1和光状态2的相互转换的分子作用机制还不清楚,鉴于此,本文通过对藻胆体-类囊     

藻胆体-类囊体膜复合物内能量传递机制研究——Ⅰ.光状态转换技术和光谱解叠方法

<正>目前,对藻类光合作用原初过程的研究大多集中在藻胆体(PBS)、孤立藻胆蛋白(Biliproteins)及PSⅡ和PSⅠ反应中心上,得出激发能在这些复合物内的定性流向和定量参数,从而为这一领域进行深入研究奠定了可靠的基础。然而,由于上述研究是对孤立的或部分的光合器而不是对整体来进行的,所以,它不可能解释藻胆体为什么能将其所吸收的光能高效地和快速地传递给反应中心并将其在两个反应中心(PSⅡ和PSⅠ)之间进行合理地分配。为了解决这一问题,一些研究人员利用光状态转换(Light state transition)技术和时间分辨光谱技术对整藻细胞进行研究,基于研究结果,人们对藻胆体向光合反应中心能量传递机制找出3种可能的模式:(1)“溢出”模型(Spillover over model),该模型认为:能量传递途径是PBS-PSⅡ-PSⅠ;(2)二元复合物模型,也就是说PBS-PSⅡ复合物和PBS-PSⅠ复合物独立存在,能量传递途径是PBS-PSⅡ和PBS-PSⅠ;(3)三元复合物模型,它认为存在一个三元复合物(PSⅡ-PBS-PSⅠ),能量从PBS向PSⅡ和PSⅠ分配是通过PBS在该复合物中精确的位移来调节的。许多研究结果表明能量“溢出”模型不是能量从PBS向PSⅠ传递的主要途径。目前蓝藻光合作用光状态1和光状态2的相互转换的分子作用机制还不清楚,鉴于此,本文通过对藻胆体-类囊体膜复合物状态转换进行研究,以便探测出能量是如何从PBS传递给PSⅡ和PSⅠ这两个反应中心的。     

光合作用放氧反应

光合作用放氧中心(OEC)是植物光系统II(PSII)中利用太阳能高效、安全地将水氧化,释放出电子、质子和氧气的生物催化剂。OEC的合成、结构和催化机理及其仿生模拟一直是光合领域广受关注的研究热点和难点。近年PSII高分辨率晶体结构研究揭示出OEC是一个特殊的Mn₄CaO₅ 簇合物,这一重要进展使人类可以在原子水平上探讨光合放氧反应的微观机理,同时也为OEC的人工合成提供了重要依据。我们近年来成功合成出结构和理化性能均与生物OEC类似的系列仿生Mn₄CaO₄簇合物,为研究OEC的微观机理提供了理想的化学模型,同时也为发展高效、廉价人工光合作用水裂解催化剂奠定了基础。目前无论是自然光合放氧研究,还是人工光合放氧研究都有大量重要的科学问题亟待深入研究。     

双核铁(Ⅱ)/O2加合物分解反应动力学

在低温下利用配合物电子吸收光谱强度与时间的相关性,研究了双核铁（Ⅱ）配合物[Fe2(N-Et-HPTB){O2P(OPh)2}](ClO4)2(1)和[Fe2(N-Et-HPTB){O2P(Ph)2}](ClO4)2(2)与分子氧反应生成过氧化物桥联的双核三价铁过渡态配合物在不同的温度下分解反应的动力学性质,在实验条件下,分子氧加合物的分解反应为一级反应,并利用Eyring方程得到了分子氧加合物分解反应相应的活化参数,对于1／O2来说,△H^≠85．62kJ.mol^-1,△S^≠19．43kJ.mol^-1．K^-1,对于2／O2来说,对于2／O2说,△H^≠97．97kJ.mol^-1,△S^≠55．68kJ.mol^-1．K^-1,,这一结果与其他分子氧加合物以及天然酶（MMOH）中O－O键断裂的活化参数值相当。     

在管状透氧膜反应器中进行甲烷部分氧化制合成气

采用挤压法制备出致密的Ｂａ０．５Ｓｒ０．５Ｃｏ０．８Ｆｅ０．２Ｏ３──膜管，并成功地将其应用到甲烷部分氧化制合成气反应中，即以空气为氧源利用透氧膜透过的氧与甲烷反应制合成气，使膜分离纯氧与甲烷部分氧化反应一体化．实验结果表明，反应温度在８７５℃，甲烷转化率在９４％以上，ＣＯ的选择性在９８％以上，Ｈ２的选择性在９５％以上，透氧量为８．８　ｍＬ／（ｍｉｎ·ｍ２）．在反应过程中，透氧膜管没有出现裂缺，显示了很好的稳定性．     

低pH诱导光合放氧33 kD蛋白构象显著变化

33 kD蛋白分子是高等植物光系统Ⅱ(PSⅡ)放氧侧3个外周蛋白中的一个, 仅含1个色氨酸残基(W241). CD光谱与荧光谱的研究结果表明, 当溶液的pH由6.2降到2.5时, 33 kD蛋白的溶液构象发生明显变化, 无规卷曲增加, α-螺旋和转角比例降低. 这种变化对pH是可逆的. 低pH下再经NBS修饰, CD光谱特征不变，但200 nm处负峰的峰值降低，表明蛋白构象中的无规卷曲进一步增加. 同时, 33 kD蛋白的柔性降低, 构象变化变成对pH不可逆, 表明NBS修饰W241破坏了33 kD蛋白构象变化的可逆性. NBS修饰后的33 kD蛋白与PSⅡ的结合专一性与修饰前相比大大降低, 且不能提高重组后PSⅡ放氧活力. 这些结果表明低pH是诱导33 kD蛋白构象由适应光合放氧显著变化至失活的主要原因, 而不是NBS修饰. 结合33 kD蛋白与质子的特殊关系, 对低pH诱导的意义进行了讨论.     

水氧化释放质子与H~+-ATP酶复合体的CF_0之间的联系

光合电子传递链有两个释放质子的部位,一是位于类囊体膜内侧的光系统Ⅱ(PhotosystemⅡ,PSⅡ)放氧复合体氧化水时释放质子(H_(H_2O)~+),另一是与光系统Ⅰ(PhotosystemⅠ,PSⅠ)相联系的质醌(Plastoquinone,PQ)氧化还原跨膜携带质子在类囊体膜内侧释放(H_(PQH_2)~+).这些质子在经H~+-ATP酶复合体(CF_0-CF_1)的质子通道CF。流出时偶联ATP合成.但是,这些质子如何从它们的释放部位传导到CF_0(是经过类囊体腔内水相还是在膜上有专门的途     

光系统Ⅱ反应中心的LB膜的形成及其圆二色性光谱的研究

由D1、D2及细胞色素b-559(cyt-559)3个多肽及其内部镶嵌的大约定4～6个che a,2个pheo a和1～2个β胡罗卜素组成的高等植物光系统Ⅱ(PSⅡ)反应中心属于膜蛋白,因其难于结晶,人们至今还无法利用X射线技术获得该蛋白的精确解.近年来,利用膜蛋白二维晶体通过电子显微镜与象重构技术获得三维结构信息的方法有很大的进展,而有序二维晶体的获得是关键的一步.本工作的目的是试图利用单分子膜技术形成保持与自然状态光谱性质类似的PSⅡ反应中心动的Langmuir-Blodgett(LB)膜,为进一步利用该技术形成二维晶体并研究其结构打下基础.并采用圆二色性对其构象进行了研究.1 材料和方法1.1 材料PSⅡ反应中心D1/D2/cyt-559复合物的分离纯化参照Nanba和Satoh的方法,从第一     

衣藻细胞色素b559 α 亚基Ser24残基定点突变影响PSⅡ光合放氧活性

为研究细胞色素b₅₅₉ (Cyt b₅₅₉)在光合系统中的功能, 采用大引物定点突变技术, 将衣藻叶绿体Cyt b₅₅₉ α亚基(psbE基因编码)中与组氨酸(His²³)相邻的氨基酸残基丝氨酸(Ser²⁴)定点突变为苯丙氨酸(Phe), 获得突变体S24F. 对突变体的生理生化分析表明, S24F既能进行光合自养也能进行光合异养, 但是在自养和异养条件下, 其生长速率比对照慢; S24F的PSⅡ放氧活性约为野生衣藻细胞的71%, S24F的光系统Ⅱ(PSⅡ)光化学效率F_v/F_m比野生型对照低约0.23. 此外, 相比野生型对照, 突变体S24F对强光更加敏感; SDS-PAGE和Western杂交的结果表明, 对Cyt b₅₅₉ α亚基中Ser²⁴的定点突变影响了Cyt b₅₅₉ α亚基及其他膜蛋白, 如LHCⅡ和PsbO等的表达. 上述结果说明, 虽然Ser²⁴残基并不参与血红素配位, 但其对维持PSⅡ的活性具有重要作用.     

光系统Ⅱ天线组分CP24-LHCⅡ复合物的分离

光合作用中的光反应是由天线色素吸收并传递给反应中心的激发能所驱动的,光系统Ⅱ的天线系统具有高度复杂的结构,并随环境条件(SI/SII态转变、热协迫和冷协迫)而改变,它由核基因组cab基因族编码的叶绿素a/b结合蛋白组成,它们是主要的捕光色素复合物Ⅱ(LHCⅡ)和至少3种次要的亚复合物CP29,CP27和CP24.只有深入研究天线系统的组成和分子结构,才能阐述其生理性适应的分子机制.本文报道了光系统Ⅱ天线组分CP24-LHCⅡ正复合物的分离和鉴定.菠菜PSⅡ颗粒(2.0mg Chl/ml)经2%(W/V)Triton X-100增溶1h,于100000×g,离心1h,上清液用DEAE-Toyopearl 650STSK柱层析分离得两个含叶绿素的洗脱峰,