菠菜类囊体膜在垛叠和松散后的质子跨膜动力学

叶绿体独特的基粒与间质片层结构和膜表面的电荷特性有关。改变悬浮液离子(或质子)的浓度,就可改变类囊体的垛叠程度,同时膜上蛋白组份的分布也会改变。结合膜的状态,深入研究光合作用中光量子、电子和质子的传递过程已引起人们的重视。膜状态的变化会导至它们传递速度及匹配关系的改变,从而调节光合反应的效率。例如膜松散后,集光色素蛋白复合体移向光系统Ⅰ(PSⅠ),使光量子传向PSI的比例增加,结果光系统Ⅱ(PSⅡ)的叶绿素荧光减弱。最近也发现电子传递及光合磷酸化均与膜的垛叠程度有关。对质子传导的机理目     

条斑紫菜两种藻胆体与类囊体膜体外重组的光谱分析

条斑紫菜是一种具有异型世代交替生活史的大型红藻 .它们都具有光合作用 ,以藻胆体为主要的捕光天线复合体 .在比较其光合作用时 ,采用蔗糖密度梯度离心法意外地从孢子体和配子体中分离到两种藻胆体 .采用体外重组法分析两种藻胆体与两个光系统之间的关系 ,用低温 (77K)荧光发射光谱测定其能量传递 .结果表明 :在 0 9mol/LpH =7 5的磷酸缓冲液中 ,两种藻胆体与类囊体膜可成功地发生重组 .在孢子体的藻胆体和类囊体膜的体外同源重组体系中 ,由藻胆体吸收的光能可引起光系统Ⅱ (PSⅡ )的荧光发射 ,而配子体的体外同源重组体系中 ,可引起光系统Ⅰ (PSⅠ )的荧光发射 .在孢子体和配子体的藻胆体和类囊体膜的体外交叉重组体系中也表明同样的能量传递趋势 .这说明 ,孢子体的藻胆体与PSⅡ关系密切 ,而配子体的藻胆体与PSⅠ关系密切 .     

条斑紫菜两种藻胆体与类囊体膜体外重组的光谱分析

条斑紫菜是一种具有异型世代交替生活史的大型红藻 .它们都具有光合作用 ,以藻胆体为主要的捕光天线复合体 .在比较其光合作用时 ,采用蔗糖密度梯度离心法意外地从孢子体和配子体中分离到两种藻胆体 .采用体外重组法分析两种藻胆体与两个光系统之间的关系 ,用低温 (77K)荧光发射光谱测定其能量传递 .结果表明 :在 0 9mol/LpH =7 5的磷酸缓冲液中 ,两种藻胆体与类囊体膜可成功地发生重组 .在孢子体的藻胆体和类囊体膜的体外同源重组体系中 ,由藻胆体吸收的光能可引起光系统Ⅱ (PSⅡ )的荧光发射 ,而配子体的体外同源重组体系中 ,可引起光系统Ⅰ (PSⅠ )的荧光发射 .在孢子体和配子体的藻胆体和类囊体膜的体外交叉重组体系中也表明同样的能量传递趋势 .这说明 ,孢子体的藻胆体与PSⅡ关系密切 ,而配子体的藻胆体与PSⅠ关系密切.     

龙葵阿特拉津抗性基因向大豆叶绿体基因组的转移及在转基因植株中的表达

阿特拉津等均三氮苯类除草剂与叶绿体类囊体膜上分子量为32kD的蛋白质结合,抑制了光系统Ⅱ电子传递链中稳态原初与次级电子受体间传递电子,影响光合作用过程。对编码32kD蛋白质的pSbA基因曾     

镧在菠菜叶绿体中的分布及其对光合作用的影响

在体研究了稀土元素镧(La)对菠菜叶绿体Hill反应活力、Mg²⁺-ATPase和Ca²⁺-ATPase活性的影响, 并用电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)测定了叶绿体各亚细胞器中La的含量. 实验结果表明, 低(15 mg·L^-1)、中(30 mg·L^-1)浓度的LaⅢ对菠菜叶绿体Hill反应活力、Mg2+-ATPase和Ca2+-ATPase活性有明显的促进作用, 而高浓度时(60 mg·L^-1)则表现出显著的抑制作用; 叶绿体中大部分La位于光系统Ⅱ(PSⅡ)中, 占叶绿体中La总量的90%左右. 利用排阻色谱-紫外/电感耦合等离子体质谱联用技术(SE-HPLC-UV/ICP-MS)对La在PSⅡ中的存在点位进行了研究, 发现La在PSⅡ中有两种不同的结合点位: La不仅可以部分竞争取代PSⅡ中与叶绿素结合蛋白相结合的Mg, 而且还可能竞争结合到PSⅡ中Ca和Mn的结合点位上来影响光合作用效率.     

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     

类囊体膜中磷脂酰甘油向磷脂酸的转变促进光系统Ⅱ的光合电子传递活性

运用酶学方法通过氧电极极谱、聚丙烯酰胺凝胶电泳和薄层色谱技术和方法探讨了磷脂酶D处理对类囊体膜生理功能的影响. 结果表明, 磷脂酶D处理导致类囊体膜中惟一的磷脂——磷脂酰甘油(PG)发生降解, 并产生新的磷脂——磷脂酸(PA). 磷脂酰甘油向磷脂酸的转换导致类囊体膜中光系统Ⅱ(PSⅡ)电子传递活性的增加, 并使类囊体膜产生解偶联效应. 结果说明PG极性基团在维持类囊体膜的正常生理功能方面具有调控作用.     

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.     

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。     

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     

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。     

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。     

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.     

高等植物光系统复合物结构生物学研究进展

光合作用过程中，植物通过位于叶绿体中类囊体膜上的光系统II和光系统I及其他蛋白复合物将吸收的太阳能转化为化学能，并释放氧气。两个光系统均是由各自的核心复合物和外周捕光天线组成的多亚基膜蛋白色素复合体，并参与植物在不同光照环境的适应调节过程，了解这些复合物的结构有助于对光合作用分子机制的深入理解。文章系统总结了近期高等植物光系统II和光系统I及相关蛋白复合物的结构生物学研究进展。     

Mg2+诱导类囊体膜中LHCⅡ的聚集

用高斯解叠程序分析了Mg2 +诱导小麦类囊体膜低温 ( 77K)荧光光谱的变化 .所有光谱均可用 7个高斯亚带进行拟合 .Mg2 +可以使LHCⅡ多聚体 (F699)和PSⅡ (F685 和F695 )的亚带面积增加 ,并使LHCⅡ三聚体 (F681)和PSⅠ (F72 9和F740 )的亚带面积减少 ,并且发现Mg2 +可使F699对F681的亚带面积比增加 1 .72倍 .由此可以得出结论 ,Mg2 +可使类囊体膜中的LHCⅡ三聚体大量地聚集为多聚体 .最后 ,讨论了LHCⅡ聚集的可能含义     

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.     

旋光色散和圆二色性及其在光合作用研究中的应用

叶绿体光合膜的结构与功能的研究是目前国际上光合作用研究中极为活跃的领域。因为光合作用的所谓“光阶段”的功能,如光能吸收、传递、电荷分离、水光解、电子传递以及光合磷酸化等,都是在一定分子排列的膜结构中进行的,因此,把膜的结构与功能紧密结合起来进行研究,才能最终阐明光合作用光能转化的规律。光合膜中的光合色素分子、光合色素与蛋白质的复合体以及整个类囊体膜都具有一定的不对称结构,这种不对称结构无疑与光合膜的     

新型的太阳能制氢电池

1972年日本的Fujishima和Honda以半导体二氧化钛作光电极的光电化学电池分解水制氢,开创了太阳能制氢的研究工作。但效率和成本是太阳能制氢的两个制约因素,Honda的制氢电池其能量转换效率不到1%,离实用要求相差甚远。我们在过去的十几年里,根据对在绿色植物光合作用里光致电子传递的研究,构筑一个完全人工的系统来利用太阳能分解水制氢。在自然界的光合作用里,有两个光系统(即光系统工和光系统Ⅱ),它们处在叫做类囊体膜的光合作用膜里,在吸收太阳光的能量后从水分子里夺取电子;电子通过这两个光系统传递到膜的另一侧去还原电子受体。由于膜很薄(厚度小     

藻红蛋白微晶的激子光谱

光合作用天线系统起着吸收太阳能并把能量传递到反应中心的作用.光合作用天线系统中的能量传递已被证实非常高效和快速.实验证实,在藻类光合作用天线中,从藻红蛋白经藻蓝蛋白和变藻蓝蛋白至反应中心,总能量传递效率超过90%;而时间分辨荧光谱实验证实,在完整细胞中,能量从藻红蛋白传递至反应中心全过程在小于50ps时间内完成.藻胆体是红藻和蓝藻的重要光合作用天线.藻胆体由核(core)和杆(rod)组成,核主要含变藻蓝蛋白,核的一面附着在类囊体膜上并与反应中心相联,另一半与多根杆相联组成半球