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。     

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     

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     

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.     

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.     

大豆具放氧活性的光系统Ⅱ亚叶绿体颗粒

近二十年来人们应用了分别富含两个光系统(光系统Ⅰ和光系统Ⅱ)之一的亚叶绿体颗粒作材料,极大地推进了对绿色植物和藻的光合作用的研究,虽多年前已从菠菜制备了高度富含光系统Ⅱ且具有光化学活性的颗粒,并且这样的颗粒最近也从蓝绿藻得到,但它们均不具有光诱导放氧的光系统Ⅱ这一重要属性。这就使这些颗粒在作为进一步研     

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。     

双半乳糖甘油脂存在下光系统Ⅱ核心复合物放氧反应的热变性

采用氧极谱技术、傅里外变换红外光谱(FT—IR)技术和凝胶电泳(SDS—PAGE)技术研究了双半乳糖寸油二酯(DGDG)对光系统Ⅱ核心复合物(PsⅡcc)放氧反应热稳定性的影响。结果表明，在DGDG存在下，PSⅡcc放氧活性的热变温度从40．0℃提高至43．0℃。5min的45．0℃恒温处理，会导致PSⅡcc的放氧活性完全丧失；而在DGDG存在下，PSⅡcc却仍然有16％的活性(以25．0℃时的为对照)。此外，PSⅡcc在38．0℃下处理1h，其放氧活性完全失活；而在同样条件下，PsⅡcc与DGDG的复合物却只失去了大约80％的活性(以零时间为对照)．结果分析表明，DGDG对PSⅡcc放氧反应的热变性具有调控作用，能抑制外周蛋白33kD从PSⅡcc上热致解离．     

固态氧

美国康奈尔大学的研究人员首次成功地将氧在1兆巴的极高压下变为一种具有金属特性的固体。该固态氧能反射红外线光和具有金属特性的光泽。     

说氧

氧不仅是地球上分布最广、含量最多的元素,同时又是地球上所有生命赖以生存的物质。数10亿年来,正是氧与二氧化碳互为补充的神奇循环,造就了万物繁荣的地球。氧气(O_2)主要分布在地球表面附近大气中,并随着海拔高度增高而递减。据科学家研究得知,早期地球大气中并没有氧气,直到25亿年前,一种原始的海洋生物绿藻大量繁殖起来后才有了变化。绿藻能利用水进行光合作用,把水分解成为电子、质子和氧气。现在地球大气中的氧气含量,很稳定地维持在     

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。     

产色放綫菌和綠色产色放綫菌

(一)产色放线菌对于这一个最普通的种,現在还存在着不同的看法。1891年Gasperini首次建立这个种名,1941年才把它肯定下来。可是Waksman則不承認这是一个种,而以这个名称代表在蛋白质培养基内产生可溶性褐色素的放线菌类群。我們知道表     

谨慎补氧

氧吧出现在大城市最近,在报刊上出现了一个新名词:"氧保健"。一些城市中开始出了氧吧,到氧吧去吸氧成为一种时髦。现代医学科学证明:一个成年人每天约需要吸500立升氧,才能维持人的正常生命。空气中氧的正常含量是20.71%,基本可以满足人体需要。但是,在绿化面积较少、空气污染严重、人口高度密集的现代化大城市里,空气中的含量达不到标     

氧传感器研究

引言氧传感器是检测气氛中氧浓度的器件,对钢铁、汽车、电力、石油等耗能较大的工业部门控制燃烧,实现节能,保护环境等,有很大作用。例如:用氧传感器能控制进入汽车内燃机的燃料-空气比,使燃料充分燃     

單态氧

单态氧,人们曾一度认为,它只有在天体物理学中有意义,而如今,人们发现它很可能是在涉及分子氧的物理、化学和生物学的过程中普遍存在的中间物。单态氧的研究不仅在科学史上有借鉴作用,而且在合成化学、生物学和医学方面也都有重要价值。《单态氧》一文介绍了单态氧的发现,有关单态氧产生机理的争论,以及目前单态氧的研究动态。     

来放个风筝吧!

本杰明·富兰克林(1706—1790)他是政治家、发明家,同时是个好奇心十足、又非常聪明的人。他证明闪电是一种电,因此人们说他“从天上抓到了电”。正如他所说,这是他的一项著名实验。但千万记住———请勿模仿!用的器材属线的风筝湿以后便会成为电的导体)的丝带(富兰克林站在一块和丝带得以保持干燥,这样为导体)雷雨将临时(这是常有的事),拿着风筝线的人必须站在门或是站在任何遮雨处,这样丝。还要注意,不要让细绳碰到闪电的云靠近风筝的时候,风会将电传导过来,此时整个风都会带电,细绳的毛边都会竖起,会在手指头靠近。将风筝和细绳打湿后,它…     

放綫菌的描述Ⅳ

(一)栗色放线菌Actinomyces castaneus n.sp. 合成1号琼胶:菌落由紅褐色(x_4+3_5)变为深黑紅色(ι_1),培养基染为同样颜色。气生菌丝体由灰白經淡粉灰色至紫灰色(α_3-α_5),表层灰色成分較多,短絨状。孢手丝直,相当长,孢子大部椭圆形或有时柱形,0.8—1.8×0.6—1.0微米,分裂方式不明确(图     

好氧不产氧光合异养细菌定量方法研究

好氧不产氧光合异养细菌(AAPB)生态功能的发现, 使人们认识到AAPB可能在全球碳循环中占有重要地位. 本文研究发现, 目前对AAPB定量所用的荧光显微-红外摄像(EFM-IRP)技术, 由于同时将聚球藻计数在内, 造成对AAPB定量的明显误差. 这种误差在我国近海可高达约30%, 而在大洋则更高. 这将影响到基于EFM-IRP的数据对全球AAPB生物量估计及其碳循环中的作用等方面的结论或推论. 本文提出了解决方案.