光系统Ⅱ核心天线蛋白CP43和CP47热稳定性的圆二色光谱研究

测定了从菠菜中分离纯化的光系统Ⅱ核心天线蛋白CP43和CP47在不同温度下的远紫外区和红区的圆二色(CD)光谱。结果表明在热处理过程中CP43和CP47的α-螺旋含量均发生明显下降,叶绿素a之间的激子相互作用受到破坏。蛋白质二级结构较小的变化就可以引起叶绿素a之间的激子相互作用较大程度的破坏。CP47的热稳定性明显高于CP43,表明CP43和CP47在蛋白结构、内部的相互作用以及色素空间位置、距离上可能存在着一定的差异。

光系统I捕光天线及反应中心、细胞色素b6f复合物的结构与功能研究2011年度报告

该研究旨在揭示光合膜色素蛋白复合体——光系统I捕光天线及核心复合体、细胞色素b6f复合物的结构与功能。通过多种光谱学技术研究光能的吸收传递和转化的量子机理,并通过获得膜蛋白晶体,在近原子或原子水平分辨率解析膜蛋白的空间结构,揭示光合作用的物质基础,更深刻地理解光合作用机理。该报告还将研究参与光合膜组装、光能转换和利用及功能调控有关的重要基因以及相应的蛋白的结构与功能,揭示光合作用中光抑制和光氧化调控的分子机理,为提高光能利用效率提供理论依据。

光系统I捕光天线及反应中心、细胞色素b6f复合物的结构与功能研究立项报告

该课题旨在揭示光合膜色素蛋白复合体棗光系统I捕光天线及核心复合体、细胞色素b6f复合物的结构与功能。通过多种光谱学技术研究光能的吸收传递和转化的量子机理,并通过获得膜蛋白晶体,在近原子或原子水平分辨率解析膜蛋白的空间结构,揭示光合作用的物质基础,更深刻地理解光合作用机理。该课题还将研究参与光合膜组装、光能转换和利用与功能调控有关的重要基因以及相应的蛋白的结构与功能,揭示光合作用中光抑制和光氧化调控的分子机理,为提高光能利用效率提供理论依据。

PSⅡ反应中心与捕光天线系统之间的能量传递研究

光合作用的核心问题之一是光合作用的原初反应,即光能的高效吸收、转化和传递的机理。由于PSⅡ与水裂解、氧释放密切相关,因此,PSⅡ反应中心原初反应和能量传递的机理研究具有重要的理论意义。最近,PSⅡ捕光天线复合物以及细菌外周天线复合物的三维空间结构被揭示,反应中心及捕光天线的能量传递规律日益成为新的研究热点之一。近年来,国际上许多实验室采用时间分辨荧光光谱和吸收光谱等技术,利用不同层次的样品,对PSⅡ的原初反应包括能量传递过程的动力学性质进行了研究。但是,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。

水分胁迫对小麦捕光色素蛋白复合物的影响

棉农 4号春小麦幼苗 (Triticum aestivum L.cv.Miannong No.4)经 - 0 .5MPa PEG溶液渗透胁迫 2 4、48和 72 h,使叶片分别受到轻度、中度和重度的水分胁迫。在此渐进水分胁迫条件下 ,叶绿体类囊体膜中光系统 捕光色素蛋白复合物 (LHC )的各组分含量发生了不同变化。对类囊体膜色素蛋白复合物进行的温和电泳结果显示 ,在轻度水分胁迫 (2 4 h)时 ,三聚体形式的 LHC b含量有所增加 ,而在中度 (48h)和重度 (72 h)胁迫下其含量减少 ,说明轻度水分胁迫对其有诱导作用 ,而中、重度水分胁迫对它有破坏作用。与 L HC b的变化不同 ,LHC a和 LHC c的含量在轻度水分胁迫时就开始下降 ,LHC d的含量在整个胁迫过程中变化不大。讨论了 LHC 各组分在水分胁迫下发生不同变化的原因。

植物光系统Ⅱ捕光过程的超分子结构基础

光系统Ⅱ(photosystemⅡ,PSⅡ)是位于植物、藻类和蓝细菌等放氧光合生物类囊体膜上的重要超分子复合物,它可通过捕获光能用于激发反应中心的电荷分离并驱动电子传递过程,在常温常压下可将水分子裂解产生氧气和质子.植物光系统Ⅱ的外周存在主要和次要捕光复合物Ⅱ(major and minor light-harvesting complexⅡ,LHCⅡ),它们负责吸收光能并向光系统Ⅱ传递激发能,并且还参与非光化学淬灭和状态转换相关的捕光调节过程.近年来,围绕光系统Ⅱ和LHCⅡ的结构生物学研究取得了一系列重要进展,本文总结了PSⅡ、LHCⅡ和二者共同组成的PSII-LHCII超级复合物的结构生物学研究历程以及最新进展,并对该领域的未来研究方向做出展望.

从捕光天线到反应中心分子能量传递研究

利用飞秒时间分辨光谱技术研究了PSⅡ中捕光天线LHCⅡ内Chla分子和 β Car分子传递光能到反应中心的时间特性 ,实验测得Chla分子用了 2 5 ps ,β Car分子用了 2 5 0 ps 理论研究得出 :2 5 ps是相邻Chl分子之间随机转移传能的时间常数 ,2 5 0 ps是LHCⅡ内相邻 β Car分子 ,通过Chla分子单步F rster共振传递、Dexter电子交换机制、激子转移把能量转移到反应中心的总时间 理论计算与实验结果基本符合 。

金叶女贞遮阴复绿过程中光系统Ⅱ功能转变研究

金叶女贞的阳生金叶经遮阴后可以复绿。借助调制式与非调制式2种叶绿素荧光仪,探测了该生物学现象中叶片光系统Ⅱ(PSⅡ)生理功能的转变过程。结果表明:遮阴处理前,阳生金叶Fv/Fm、F0均比阴生绿叶低;阳生金叶OJIP的P峰实际强度显著低于阴生绿叶,而OP双重标准化后阳生金叶J相的相对强度强于阴生绿叶。遮阴处理后,金叶逐渐变绿,荧光参数变化表明PSⅡ生理功能分两阶段恢复:2周前,F0增加,而Fv/Fm降低;2周后,F0减小,而Fv/Fm增加。经过2个月的遮阴处理,阳生金叶的F0、Fv/Fm以及OJIP均恢复到了阴生绿叶的水平。自然光照条件下,金叶女贞叶片上大部分PSⅡ单元受到光胁迫而失活,而剩余有活性的PSⅡ反应中心的受体侧的相对活性较低;遮阴处理后,阳生金叶的PSⅡ天线系统和反应中心的恢复速率并不同步,但最终能够恢复到阴生绿叶的水平。

光系统ⅡChl分子能量传递超快光谱动力学

利用 ICCD飞秒扫描成象和飞秒时间分辨光谱装置实验研究了高等植物捕光天线LHC 三聚体和 PS 颗粒复合物的超快光谱动力学 ,经过吸收光谱和发射光谱分析 ,确定在 L HC 三聚体中至少存在 7种 Chl分子光谱特性 ,分别是 Chlb658.7653 /656、Chla665.2662 .0 、Chla/b671.1670 /671、Chla677.1675.0 、Chla682 .9680 /681、Chla689.1685.0 和 Chla695.6695.0 .采用光强 1 0 13 光子 / cm2 /脉冲激励浓度为3 0μg/ m L的捕光天线 LHC 三聚体 ,在 650 nm到 70 5nm谱段逐点探测分析处理 ,产生了 2组短寿命组分 2 1 0 fs、52 0 fs和 5.2 ps、3 6.7ps及 2个长寿命组分 1 .8ns、2 ns.最快的 3个寿命 2 1 0 fs、52 0 fs和 5.2 ps反映了三聚体 Chlb分子向 Chla分子的激发能传递过程 ;寿命3 6.7ps反映了 Chla分子向相邻单体 Chla分子的激发能传递过程 ;最长的 2个寿命 1 .8ns和 2 ns是在三聚体中 Chla分子通过中间体 Chla分子辐射荧光 ,分别跃迁回基态的过程 .获得的 6个寿命组分有把激发能传递时间与 Chla/ b分子发射光谱相结合的特点 .经拟合处理解析 PS 颗粒复合物光谱 ,得到 3个组分谱 ,其峰值分别为 686.8nm、692 .2 nm和694.9nm,与 L HC 比较分析 ,说明天然构型的 PS

捕光天线色素分子到反应中心光能传递机理研究

利用皮秒和飞秒时间分辨光谱技术研究了PSⅡ捕光天线β-car分子和Chla分子传递光能到反应中心的机理，β-car分子接收到514.5nm光能之后，将能量主要以Dexter电子交换机理传递给相邻ε-car分子或Chla分子以后，再以Forster共振传能机理通过Chla分子向相邻Chal分子单步传递，最终以250ps的时间传递到反应中心，理论计算值为267ps。捕光天线中的Chla分子接收到光能后，以随机转移激子跃迁方式用了25ps时间将光能传递到反应中心，理论计算值为29.7ps。实验还得到了捕光天线LHCⅡ三聚体中Chal分子接收-400nm光能后，将能量为520fs的时间常数传递给相邻Chla分子，Chlb分子接收-400nm光能后，将能量以210fs的时间常数传递给相邻Chla分子，理论研究与实验结果基本符合。

植物光系统Ⅱ的磷酸化及其调控研究进展

植物光系统Ⅱ(photosystemⅡ,PSⅡ)主要是由PSⅡ核心复合体(PSⅡcore complexes,PSⅡCC)和捕光天线复合物Ⅱ(light harvesting complex,LHCⅡ)组成。PSⅡ-LHCⅡ超分子复合物是构成PSⅡ颗粒的基本单元。PSⅡ的磷酸化作用在光合作用调控中具有重要意义,是研究热点。本文介绍了近年来PSⅡ-LHCⅡ、PSⅡCC、LHCⅡ的磷酸化作用及其调控的研究进展。

圆二色光谱揭示光系统Ⅱ在热处理过程中叶绿素荧光动力学变化的原因

研究了光系统Ⅱ(PSⅡ)在热处理过程中的叶绿素α荧光和圆二色(CD)光谱。在30℃～40℃热处理过程中，PSⅡ的叶绿素荧光参数Fo′保持稳定不变；当温度大于40℃时，Fo′逐渐升高并在55℃达到最大值。在PSⅡ颗粒和富含捕光色素(LHCⅡ)的复合物的热处理过程中，具有超大振幅的CD异常信号出现，并且在40℃时，677nm的异常CD峰强度达到最大。这些结果暗示在PSⅡ颗粒热处理过程中，PSⅡ颗粒中的LHCⅡ的聚集状态和异常CD信号相关，并且也可能是影响Fo′的一个重要因素。

PSⅡ-LHCⅡ超分子复合物的结构与功能

PSⅡ-LHCⅡ超分子复合物是构成PSⅡ颗粒的基本单元,由PSⅡ核心复合物和LHCⅡ复合物构成。现介绍了超分子复合物的组装,PSⅡ核心复合物和LHCⅡ复合物的结构与功能,以及大量LHCⅡ和微量LHCⅡ在超分子复合物组装中的作用。

放氧光合生物LHC捕光天线的结构、排布与功能

在光合作用的原初光能转化过程中,光合膜上的光系统I和光系统II将吸收的太阳能转化为化学能,并释放氧气,产生的ATP和NADPH为二氧化碳固定提供能量.光合生物光系统核心外围的捕光天线负责收集光能,并向反应中心传递激发能,而且可以调节光合膜上的能量高效分配与利用.其中LHC类捕光天线在真核放氧光合生物进化过程中表现出丰富的多样性,研究它们的结构与功能对于探索光合作用原初反应和调控适应环境的分子机理有重要意义.本文围绕放氧光合生物LHC捕光天线的基因、蛋白、结构和功能,论述了从海洋绿藻到高等植物,以及红藻到硅藻进化过程中捕光天线的蛋白结构与功能细节,总结了它们与反应中心结合排布的不同形式,阐述了LHC捕光天线的多样性对于光合生物适应光环境的重要意义.

叶绿素b缺失与植物的光合作用

文章介绍叶绿素b的结构性质、生物合成和功能以及叶绿素b缺失与植物光合作用的关系的研究进展。

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、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)技术和凝胶电泳(SDS-PAGE)技术研究了双半乳糖甘油二酯(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.

光系统Ⅱ超分子复合物的放氧活性分析

以高等植物大量捕光色素蛋白复合物(major light harvesting complexⅡ,LHCⅡb)对光系统Ⅱ(photosystemⅡ,PSⅡ)放氧活性的影响为研究对象,从豌豆类囊体膜中分步提取出三种PSⅡ蛋白复合物,结合电泳和光谱分析,鉴定出三种复合物的主要区别是LHCⅡb含量不同。对于三种PSⅡ色素蛋白复合物在不同光质和光强下放氧速率变化的测定结果表明,三种复合物的放氧速率均存在光饱和点。含有1～2个LHCⅡb三体的粗核心提取物的放氧活性和几乎不含LHCⅡb的纯核心的放氧活性一致,但是它们的放氧活性都远低于含有5～6个LHCⅡb三体的富含PSⅡ颗粒的膜片。说明PSⅡ超分子体系在少于2个外周天线时不能发挥正常的光化学活性。

去垢剂影响PSⅡ核心复合物稳定性的双重效应

光系统(PS)Ⅱ核心复合物分离时需要使用去垢剂.研究不同光照条件和去垢剂处理对PSⅡ核心复合物荧光发射光谱的影响.结果显示:避光放置时去垢剂存在利于PSⅡ核心复合物荧光光谱峰值相对稳定;光照处理引起PSⅡ核心复合物荧光光谱峰值下降、峰位蓝移,去垢剂十二烷基麦芽糖苷(DM)存在时荧光光谱变化小于无去垢剂时,而中性去垢剂TritonX-100和阴离子型去垢剂SDS存在时变化更为明显.说明光照处理时DM使PSⅡ核心复合物稳定性增加,而TritonX-100和SDS降低了PSⅡ核心复合物的稳定性.避光时去垢剂的增溶作用利于核心复合物的稳定,光照时去垢剂的增溶作用影响色素蛋白,导致叶绿素与蛋白结合状态发生变化,或从蛋白上脱落下来,最终影响到光能的传递.去垢剂的保护或破坏效应与光照强度、去垢剂的种类相关.

高等植物光系统Ⅱ大量捕光天线与量子点之间的定向连接及共振能量传递

高等植物光系统Ⅱ大量捕光天线(light-harvesting complexes of photosystem Ⅱ,LHCⅡ)能与有机或无机材料连接,构建仿生的捕捉光能的新型材料。将量子点(quantum dot,QD)与LHCⅡ定向连接,构建共振能量传递体系,得到一系列不同摩尔比的QD-LHCⅡ杂合复合物(QD与LHCⅡ的摩尔比分别为1∶64、1∶32、1∶16、1∶12、1∶8、1∶4、1∶2.7、1∶2和1∶1.6)。光谱结果显示,随着摩尔比的增大,越来越多QD的激发能传递给LHCⅡ,并在1∶2.7时达到饱和。而无组氨酸标签的天然LHCⅡ与QD共孵育后,LHCⅡ和QD的荧光发射并没有显著变化。以上结果说明,本研究实现了定向连接后QD到LHCⅡ的显著共振能量传递,而定向连接对于这种共振能量传递是必要条件。

盐酸胍对叶绿体膜能量传递的影响

经盐酸胍处理的菠菜叶绿体膜,在室温下的F_(685)荧光强度随盐酸胍浓发的增加而逐渐下降;荧光激发光谱中位于420nm、437nm和685nm的荧光峰高随盐酸胍浓度的增加而减小。盐酸胍处理导致叶绿体膜F_(685)/F_9736)比值下降,并且消除Mg^(+2)对激发能分配的调节作用。盐酸胍处理对叶绿体膜的吸收光谱(400～700nm)及叶绿素解离无影响,但引起叶绿体膜紫外差示光谱(处理的膜减正常的膜)中位于227nm吸收峰的出现,并且峰的吸收强度随盐酸胍浓度的增加而增强,峰位随盐酸胍浓度增加而红移。上结果表明,盐酸胍诱导的F_(685)下降,可能是盐酸胍改变膜蛋白构型,从而导致激以发能从光系统Ⅱ向光系统Ⅰ分配的结果。