甲醇为探针研究活性光系统Ⅱ次级电子给体TyrZ与底物水分子作用机制

光系统Ⅱ（PSⅡ）次级电子给体TyrZ担负调控原初电荷分离和水的催化氧化功能. 目前有两类TyrZ调控机理模型被提出: 一类是TyrZ通过与底物水分子直接作用调控水氧化; 另一类是TyrZ处于疏水环境中, 不与底物水分子直接作用, 而是借助与His190之间氢键强度的变化调控水氧化. 本文利用低温电子顺磁共振技术研究与水分子类似的甲醇分子对活性PSⅡ中TyrZ氧化还原特性的影响, 发现当Mn簇处于S2和S0态时, 甲醇分子的存在能够明显促进TyrZ的低温氧化和TyrZ•的低温还原. 理论计算显示: (1)当甲醇分子与Tyr直接作用时会导致Tyr氧化变难; (2)伴随环境极性降低, Tyr的氧化变得容易. 综合这些结果, 我们推测在活性PSⅡ中甲醇分子不与TyrZ直接作用, 甲醇对TyrZ的低温氧化及TyrZ•的低温还原的促进作用可能是由于甲醇分子替换PSⅡ内部的水分子, 降低了TyrZ-His190周围环境的极性, 使TyrZ与His190之间的氢键强度增加所致. 鉴于甲醇分子与水的类似性, 以上结果支持我们最近提出的活性PSⅡ中TyrZ不与水分子直接作用的观点.     

P680模型的理论研究

高等植物的光系统Ⅱ(ＰＳⅡ)是目前光合作用研究中最重要的前沿领域之一[1].Ｐ680是ＰＳⅡ的原初电子供体,它是ＰＳⅡ实现光能转化和水裂解的关键组分,对其结构和性能进行深入研究有重要意义.前人已提出多种Ｐ680结构模型,其中代表性的有:(1)单体模型[2];(2)双体模型.双体模型包括2种:(ⅰ)平行模型[3];(ⅱ)夹角模型[4](此外还有多体模型[5],我们考虑到多体模型可以由双体模型组合得到,故将此模型归入双体模型).由此可见,目前对于Ｐ680的结构还存在很大争议.我们采用量子化学计算中的ＣＮＤＯ法[6],对这些Ｐ680结构模型进行理论研究.计算中Ｐ…     

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,     

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.     

Mn簇对光系统Ⅱ光抑制产生超氧自由基的影响

为了深入了解超氧自由基(Ｏ－·２)在光系统Ⅱ(Photosystem Ⅱ, PSⅡ)光抑制中的作用, 以5,5-二甲基-1-吡咯啉-N-氧化物(5,5-Dimethyl-1-Pyrroline-N-oxide, DMPO)为自旋捕获剂, 结合EPR波谱技术, 研究了PSⅡ对照和去Mn(羟胺处理)的PSⅡ颗粒在强光光抑制过程中产生随光照时间的变化. 发现Mn簇的存在与否对PSⅡ光抑制产生的动态过程有很大影响, 并对可能的机理进行了探讨. 这些发现, 对光抑制和PSⅡ结构和功能的关系研究有促进作用.     

人工电子受体和PSⅡ异质性的关系

近年来人们对光系统Ⅱ（PSⅡ）的研究表明,部分PSⅡ不具备将电子由Q_A传递到Q_B的能力,称这部分PSⅡ为无活性PSⅡ中心,而正常的PSⅡ为有活性PSⅡ中心。一些实验室利用2,6-二氯苯酮（DCBQ）和2,5-二甲基苯醌（DMQ）两种人工电子受体研究有活性/无活性PSⅡ异质性,认为DCBQ可以同时接受有活性和无活性PSⅡ中心的电子,而DMQ只能接受有活性中心的电子。也有部分实验室认为DCBQ不能接受无活性PSⅡ中心的电子。有关DCBQ和DMQ对有活性和（或）无活性PSⅡ中心电子传递的作用目前还没有定论。     

系统Ⅱ反应中心复合物的磁圆二色性研究

近年来磁圆二色(MCD)光谱在分析金属卟啉及其与蛋白质的相互作用方面表现出独到之处,但MCD方法在光合作用研究中的应用很少见报道.现已得知,光系统Ⅱ反应中心(PSⅡ-RC)复合物中所含的几种色素都是金属卟啉类色素,本文报道了PSⅡ-RC的MCD谱,并对其中的部分谱峰组分进行了初步归属.PSⅡ-RC的MCD研究可以提供PSⅡ-RC的色素结构和与蛋白结合状态的新的信息,有助于解决因PSⅡ-RC吸收光谱在红区Q带吸收峰的严重重叠带来的困难.     

钙离子对光系统Ⅱ二级结构的影响及其与光抑制的关系

许多实验表明钙子在光系统Ⅱ的放氧过程起着重要作用。报道了固钙离子丧失引起的光系统Ⅱ的二级结构变化。结果显示钙离子的丧失可导致部分α－螺旋结构向转角和折叠结构的转变,但补加钙离子后,只有转角结构能够得到恢复。     

光系统Ⅱ反应中心D1/D2/cyt b559蛋白复合物的纳秒时间分辨光谱研究

光合作用是地球上最重要的化学反应.揭示光合作用的奥秘,对解决人类面临的能源、粮食、环境保护等问题十分重要.高等植物光系统Ⅱ可分解水,因此对其机理的研究就显得十分重要,而对光系统Ⅱ反应中心机理的研究,有助于人们深入理解光合作用的原初机理.为此,近些年来人们采用各种时间分辨光谱技术对光系统Ⅱ反应中心D1/D2/cyt b559蛋白复合物的电荷分离及复合过程进行了广泛细致的研究.但因此体系衰变组分较多,光谱重叠严重,所以对各成分的归属意见不一.为此,本文采用纳秒时间分辨光谱技术及光谱解叠方法对D1/D2/cyt b559的电荷复合过程进行了研究.     

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

<正>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.     

生物合理设计光系统Ⅱ抑制剂研究——Ⅰ.豌豆D1蛋白与氰基丙烯酸酯类及脲类抑制剂的复合物结构的研究

运用分子模拟方法研究了氰基丙烯酸酯 (酰胺 )类化合物和脲类化合物与D1蛋白间相互作用 .结果表明它们的结合存在相似之处 :苯环部分 (范德华力相互作用和π_环堆积相互作用 )、羰基部分 (氢键相互作用 )和侧链杂原子 (氢键相互作用 ) .研究发现它们以相似的作用方式占据D1蛋白中相似的地方 .由于氰基丙烯酸酯 (酰胺 )类化合物分子中存在一插烯双键 ,在与D1蛋白结合时较脲类化合物有更多作用位点 ,尤其是与SER 2 6 8间氢键相互作用 ,表现在抑制活性上 ,氰基丙烯酸酯 (酰胺 )类化合物明显较脲类化合物高 .     

与光系统Ⅱ颗粒结合的蛋白酶的初步分析

叶绿体是植物进行光合作用的细胞器,光合作用中光能的吸收、传递和转化、水的裂解及光合磷酸化等功能均是在具有一定分子排列和空间构象并镶嵌于类囊体膜上的叶绿素蛋白复合体中进行的。叶绿体类囊体膜蛋白的周转需要多种蛋白酶的水解作用。在蛋白质合成后加工成熟中,已证实光系统Ⅱ(PS Ⅱ)反应中心D1蛋白(Q_B结合蛋白)的C-末端加工需要一个类囊体膜结合的蛋白酶,质体菁N-末端加工也需要一个类囊体结合的蛋白酶,与PSⅡ水裂解相关联的三种外在性水溶性蛋白如同Cyt.b-f在整合到膜上时需要类囊体膜结合     

黄瓜光系统Ⅱ捕光叶绿素a/b蛋白复合体二维晶体研究

光系统Ⅱ捕光叶绿素a/b蛋白复合体(Photosystem Ⅱ light-haresting chlorophyll a/b     

光系统Ⅱ反应中心D1/D2/cyt b559蛋白复合物的纳秒时间分辨光谱研究

<正>光合作用是地球上最重要的化学反应.揭示光合作用的奥秘,对解决人类面临的能源、粮食、环境保护等问题十分重要.高等植物光系统Ⅱ可分解水,因此对其机理的研究就显得十分重要,而对光系统Ⅱ反应中心机理的研究,有助于人们深入理解光合作用的原初机理.为此,近些年来人们采用各种时间分辨光谱技术对光系统Ⅱ反应中心D1/D2/cyt b559蛋白复合物的电荷分离及复合过程进行了广泛细致的研究.但因此体系衰变组分较多,光谱重叠严重,所以对各成分的归属意见不一.为此,本文采用纳秒时间分辨光谱技术及光谱解叠方法对D1/D2/cyt b559的电荷复合过程进行了研究.     

磷脂酰甘油对缺钙光系统Ⅱ放氧活性的影响

磷脂酰甘油对缺钙光系统Ⅱ的放氧活性具有显著的影响,即ＰＧ可以Ⅱ颗粒因缺钙而受抑制的放氧活性得到恢复。外加Ｃａ＾２＋可使表现出对ｄＣａＰＳⅡ放氧活性的更大促进作用,阻随Ｃａ＾２＋浓度的增加,促进作用也越显著。     

光系统Ⅱ碳酸酐酶与放氧外周多肽及锰分子簇的关系

以菠菜ＰＳⅡ膜颗粒为材料,研究了ＰＳⅡ放氧复合体３个外周多肽及锰分子簇对ＰＳⅡ－ＣＡ的影响。实验结果可作为支持ＰＳⅡ放氧侧存在膜结合态ＣＡ的直接证据。外周多肽的存在对维持ＣＡ活性起着重要作用。去除锰簇后放氧活性受抑制但ＣＡ活性不受影响,表明ＣＡ的功能并不依赖于锰分子簇的存在,与放氧活性并不直接相关。     

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。     

双核多吡啶铂(Ⅱ)-紫精二元电子给受体体系的光诱导电子转移

设计合成了紫精(MV2+)桥连4′-(4-甲基-苯基)-2,2′:6′,2′′-三联吡啶铂(Ⅱ)(4-CH3-PhN^N^NPtCl)的双核配合物1,{[MV2+(4-CH2PhN^N^NPtCl)22+]·4PF6–}.利用紫外可见吸收光谱、发光光谱、电化学循环伏安谱以及瞬态吸收光谱研究了体系的光诱导电子转移过程,发现在乙腈/甲醇混合溶剂中该二元体系光诱导电子转移的速率常数kCS大于1.4×108s–1,电子回传的速率常数kCR大于2.1×103s–1,电荷分离态寿命长达479μs.     

光系统Ⅱ水氧化中心Mn4Ca簇中μ4-O5原子的指认

光系统Ⅱ水氧化中心Mn4Ca簇的结构最近取得了重要进展,但其μ4-O5原子由于受周围金属离子的影响以及X射线的破坏作用,对其指认尚缺乏必要的实验和理论依据.本文合成出一个与Mn4Ca簇的电性和配位环境类似的Mn配合物,其中含有2个μ4-O原子,它们与金属离子之间的距离在1.89～2.10范围内,比光系统Ⅱ晶体结构中Mn4Ca簇的μ4-O5原子与金属锰离子间的距离(2.40～2.61)短～0.5.此外,对Mn4Ca簇的DFT理论研究显示,无论是μ4-O还是μ4-OH,O原子均会偏移4个金属离子的中心位置,其与4个金属离子的距离差异达0.7～1.0,这些均与光系统Ⅱ的晶体结构明显不符.这些结果显示光系统Ⅱ晶体结构中Mn4Ca簇的4-原子不可能是μ4-O,μ4-OH或μ4-OH2,我们对它的指认提出了质疑.