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.

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H2 O分子不对称地结合于“C”形结构开口端 2个低价的MnⅡ1和MnⅢ4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MnⅣ2 ,MnⅣ3 结合 ;Cl结合于MnⅢ4,并与Ca相连 ;Ca通过O桥和COO-相连使2个Mn2O2单元保持特定空间构型 .整个Mn簇的骨架结构不对称 .放氧新机理首次引入水的不对称氧化和结构动态变化及H的间接传递等观点 .新机理中 ,只有S2 状态产生具有高氧化性的MnⅣ =O.;在S2 →S3 过程中包括结构明显变化、分子内H原子转移和分子间的H原子传递 ;S3 对应于MnⅣ1 O…H…O MnⅣ4;在S3 → [S4]→S0 过程中 ,S4时形成O—O键 .

光合放氧中心外围配体的理论研究

光合放氧中心外围配体如何与Ｍｎ簇结合目前很不明确．选择放氧中心Ｍｎ２０２单元作为理论研究对象，对组氨酸、水和Ｃ１等配体与Ｍｎ簇的结合方式进行了研究，得到如下结论：（１）组氨酸和Ｈ_２Ｏ分子应与Ｍｎ２０２平面垂直，彼此保持较大的距离，且结合于不同Ｍｎ离子上；（２）两个Ｈ_２Ｏ分子不可能结合在同一个Ｍｎ２０２单元上．结合目前放氧中心 Ｍｎ簇骨架结构，从理论上阐明了在 Ｓ_０状态下，两个水分子与放氧中心“Ｃ”形结构开口端的两个Ｍｎ离子结合，两个组氨酸分别与“Ｃ”形结构闭口端的两个Ｍｎ离子结合；Ｃ１结合位点只可能在“Ｃ”形结构的开口端．在此基础上，对当前争议较大的Ｍｎ价态进行了归属。

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Mn_(4)CaO_(5)-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Mn_(4)CaO_(4)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。