固氮红细菌(Rhodobacter azotoforman)色素蛋白复合体的分离纯化与特性

【目的】为揭示不产氧光合细菌产氢菌株色素蛋白复合体(PPC)色素组成和含量与光合放氢的关系奠定基础。【方法】以PPC特征光谱为检测指标,采用硫酸铵分级分离、DEAE-纤维素层析、吸收光谱和SDS-PAGE等方法进行了固氮红细菌(Rhodobacter azotoformans,R.azotoformans)R7产氢菌株PPC的分离纯化、纯度分析和鉴定;采用表面增强激光解吸电离离子飞行时间质谱、HPLC-MS和荧光光谱法对其中一种PPC进行了组成分析和能量传递活性测定。【结果】从R7菌株获得了3种纯化的PPC,1种为反应中心与中心捕光色素蛋白复合体(RC-LH1),2种为外周捕光色素蛋白复合体(LH2),其中一种LH2的吸收光谱具有异常的423nm强吸收峰,其蛋白的两种亚基的分子量分别为5356.8Da和5697.8Da,类胡萝卜素属球形烯系,分子量为562Da,激发光能够从类胡萝卜素向细菌叶绿素以及细菌叶绿素向细菌叶绿素传递。【结论】固氮红细菌产氢菌株含有2种不同光谱特性的LH2,其中一种具有新光谱特性。     

紫细菌光合机构及光合作用基因的表达调控

紫细菌是研究细菌光合作用的重要生物。介绍了紫细菌光合机构捕光色素蛋白复合体Ⅰ(light-harvesting I)、捕光色素蛋白复合体Ⅱ(light-harvesting II)和光化学反应中心(reaction center)的结构, 并探讨了其光合作用基因的转录调控机制, 重点阐述了PpsR/AppA系统对紫细菌光合作用基因的转录调控。     

紫细菌光合机构及光合作用基因的表达调控

紫细菌是研究细菌光合作用的重要生物.介绍了紫细菌光合机构捕光色素蛋白复合体Ⅰ(light-harvestingⅠ)、捕光色素蛋白复合体Ⅱ(1ight-harvesting Ⅱ)和光化学反应中心(reaction center)的结构,并探讨了其光合作用基因的转录调控机制,重点阐述了PpsR/AppA系统对紫细菌光合作用基因的转录调控.     

紫细菌捕光色素蛋白复合体及光化学反应中心的研究进展

概述了近年来有关紫细菌捕光色素蛋白复合体及光化学反应中心的研究进展,并重点介绍了两种捕光色素蛋白复合体的结构以及复合体中相关色素分子在激发能传递中的作用机理.还详细阐述了紫细菌光化学反应中心的结构及反应中心中各个辅助因子在光能转化为生物可利用的化学能中的作用机理.     

水分胁迫对小麦叶绿体色素蛋白复合体的影响

水分胁迫可抑制激发能向ＰＳⅡ传递,降低ＰＳⅡ捕光色素蛋白复合体、ＰＳⅡ内周天线色素蛋白复合体以及ＰＳⅠ捕光色素蛋白复合体和ＰＳⅠ反应中心叶绿素ａ 蛋白复合体的含量,其中以ＰＳⅡ色素蛋白复合体含量下降幅度较大。类囊体膜多肽分析表明,水分胁迫使属于ＰＳⅡ捕光色素蛋白复合体的２５ ｋＤ蛋白、ＰＳⅡ内周天线色素蛋白复合体的４３ ｋＤ 和４７ ｋＤ蛋白以及ＰＳⅠ捕光色素蛋白复合体的２１ ｋＤ蛋白含量降低,尤以２５ ｋＤ蛋白含量降幅最大。     

高光胁迫对水稻籼粳亚种两个品种色素蛋白复合体的影响

以耐光抑制的水稻(Oryza sativa L.)粳亚种品种"武育粳"和对光抑制敏感的籼亚种品种"汕优63"的剑叶为材料,比较研究了高光胁迫对水稻两个亚种光合系统的影响.结果表明,高光胁迫影响激发能在两个光系统之间的分配,抑制激发能向PSⅡ传递.在籼稻中激发峰和发射峰以及相关比值在受到高光胁迫后下降的幅度均比在粳稻中显著.与粳稻相比,高光胁迫几乎使籼稻的PSⅡ捕光色素蛋白复合体的三聚体解体,使其PSⅡ捕光色素蛋白复合体的二聚体、PSⅡ内周天线色素蛋白复合体、PSⅠ捕光色素蛋白复合体以及PSⅠ反应中心叶绿素a蛋白复合体的含量明显降低.高光胁迫导致水稻两亚种的PSⅡ捕光色素蛋白复合物单体含量的增加.类囊体膜多肽分析表明,高光胁迫使属于PSⅡ捕光色素蛋白复合体的27、25 kD蛋白和PSⅠ捕光色素蛋白复合体的21 kD蛋白含量在水稻两亚种中都降低,其中以25 kD蛋白含量降幅最大.在籼稻中高光胁迫使属于PSⅡ内周天线色素蛋白复合体的43 kD和47kD蛋白以及外周23kD蛋白含量明显降低而在粳稻中则影响较小.     

高等植物光系统Ⅱ捕光色素蛋白复合体结构与功能研究的新进展

在系统命名的基础上对高等植物光系统II 捕光色素蛋白复合体（LHCII）的结构和功能研究的新进展进行了介绍,并对研究中存在的问题进行了讨论。     

高等植物光系统Ⅱ捕光色素蛋白复合体结构与功能研究的新进展

在系统的命名的基础上对高等植物光系统Ⅱ捕光色素蛋白复合体（ＬＨＣⅡ）的结构和功能研究的新进展进行了介绍,并对研究中存在的问题进行了讨论。     

光合膜膜脂双半乳糖二酰基甘油的研究进展

本文综述了光合膜膜脂双半乳糖二酰基甘油（DGDG）的生物合成和生理功能的研究进展。DGDG是光合膜中惟一的双半乳糖脂类,在光合膜的不同膜区均有分布。在高等植物叶绿体中,存在着两条不同的DGDG生物合成途径,即原核合成途径和真核合成途径。原核途径只限于在质体内进行,而真核途径还包括一些在内质网内发生的反应。DGDG在维持光系统II捕光色素蛋白复合体的寡聚体结构、调控光系统II和光系统II核心复合物的放氧活性等方面起着重要作用。     

固氮红细菌(Rhodobacter azotoformans) 423 nm特征吸收峰成因与定位

【背景】在不产氧光合细菌中,因420-425nm特征峰位于类胡萝卜素(Carotenoid,Car)吸收区域,通常被认为是由Car积累引起,但固氮红细菌R7菌株呈现的423 nm特征峰不具备Car三指峰特征。【目的】阐明R7菌株423 nm特征吸收峰形成的物质基础及胞内定位。【方法】采用吸收光谱、薄层层析、高效液相色谱、质谱、超速离心和离子交换层析等方法阐明423 nm吸收峰形成原因。【结果】谷氨酸钠明显促进R7菌株活细胞呈现423 nm特征峰,色素提取液中该峰蓝移至415 nm,但其生长、细菌叶绿素(Bacteriochlorophyll,BChl)和Car含量大幅度降低,而添加酵母提取物则反之。色素组成分析表明,在检测到的色素成分中,只有镁卟啉单甲基酯Ⅸ (Magnesium Protoporphyrin Ⅸ Monomethylester,MPE)呈现415 nm特征吸收峰。MPE可定位于光合膜上并呈现出423 nm特征峰。对色素蛋白复合体(Pigment Protein Complex,PPC)的研究显示,添加谷氨酸和酵母提取物的菌体细胞虽然都检测到3种PPC组分[2个外周捕光复合体(Peripheral Light Harvesting Complex 2,LH2)和1个光反应中心(Reaction Center,RC)],但源自谷氨酸菌体细胞的RC和1个LH2则呈现423 nm特征吸收峰,表明R7菌株可产生2种不同类型的LH2,且MPE可定位于一种LH2和RC。【结论】R7菌株所呈现的423 nm特征峰不是由Car积累所致,而是由MPE积累所形成,且能与LH2和RC结合定位于光合膜上。MPE是BChl合成的中间产物,其合成受严格调控,不容易获得。MPE代谢调控的深入研究可为光合作用光氧化损伤与保护机理增添新内容。     

He-Ne激光和增强UV-B辐射对小麦幼苗类囊体捕光色素的影响

采用5mW.mm-2He-Ne激光辐照、10.08kJ.m-2d-1UV-B辐射及二者组合对冬小麦幼苗进行处理。通过测定叶绿体捕光色素含量和色素蛋白组成的变化,进一步探讨He-Ne激光对增强UV-B辐射后小麦幼苗类囊体捕光色素损伤的修复效应。循环处理小麦幼苗4d,利用90%乙醇和80%丙酮分别提取各处理组小麦幼苗叶片中的叶绿素,通过纸层析和分光光度法检测捕光色素含量的变化,并探讨不同处理对叶绿素与蛋白质结合牢固性的影响。利用柱层析法测定色素蛋白的主要成分。研究表明:与对照组相比,增强UV-B辐照后小麦幼苗捕光色素总含量降低了17.76%,叶绿素和蛋白质结合牢固度显著降低,色素蛋白的组成也发生变化,D1和D2蛋白质条带消失;而一定剂量He-Ne激光辐照可使增强UV-B辐射后的叶绿体色素含量增加约10.64%,但仍低于ck组约8.12%,叶绿素和蛋白质结合牢固度也显著高于B组,色素蛋白的组成与对照组相似。因此,低剂量的He-Ne激光辐照对增强UV-B辐射后小麦幼苗类囊体捕光色素的损伤具有促进修复效应。     

高等植物光系统II捕光色素蛋白复合体结构与功能研究的新进展

在系统命名的基础上对高等植物光系统II捕光色素蛋白复合体 (LHCII)的结构和功能研究的新进展进行了介绍 ,并对研究中存在的问题进行了讨论。     

光合膜膜脂双半乳糖二酰基甘油的研究进展

本文综述了光合膜膜脂双半乳糖二酰基甘油(DGDG)的生物合成和生理功能的研究进展。DGDG是光合膜中惟一的双半乳糖脂类,在光合膜的不同膜区均有分布。在高等植物叶绿体中,存在着两条不同的DGDG生物合成途径,即原核合成途径和真核合成途径。原核途径只限于在质体内进行,而真核途径还包括一些在内质网内发生的反应。DGDG在维持光系统Ⅱ捕光色素蛋白复合体的寡聚体结构、调控光系统Ⅱ和光系统Ⅱ核心复合物的放氧活性等方面起着重要作用。     

氮素水平对小麦幼苗叶绿体色素蛋白复合体含量的影响

在水培条件下,研究了不同氮素水平对小麦幼苗叶绿体色素、色素蛋白复合体含量及其光谱特征的影响。结果显示:(1)氮素水平较低时PSⅡ捕光色素蛋白复合体LHCⅡ在24~30 kD范围内的蛋白含量降低,不供氮时,色素蛋白复合体含量最低,而高分子量区域的蛋白组分相对较为稳定,说明氮素水平影响PSⅡ的多肽组分,而对PSⅠ多肽组分的影响相对较小。(2)室温吸收光谱分析表明,氮素水平较低时结合态色素的含量及比例发生改变,影响植物对光的吸收能力;荧光激发及发射光谱的峰值均随氮素浓度的升高而升高,说明增加施氮量时,叶绿体类囊体中受激发的色素分子数目增加,荧光强度也随之增大;叶绿体蛋白含量在16.86 mg.L-1氮素浓度时最大。     

植物光合机构对光环境的适应机制: 状态转换

在自然条件下,植物接受的照光量经常变化,而植物在进化过程中已形成了相应的适应机制,用以维持光环境变化过程中2个光反应之间光能转换的能量平衡.植物的调控系统不但能通过调控叶片和叶绿体的运动以及光合色素的积累调节光的吸收,还可以通过光系统的状态转换灵活地调节捕光色素蛋白复合体吸收的能量分配.特别是在低光强下,植物通过可对电子传递链的氧化还原状态做出响应的激酶和磷酸酶调控光系统Ⅱ捕光色素蛋白复合体(LHCⅡ)的可逆磷酸化,从而调节激发能在PSⅠ与PSⅡ之间的分配.植物的状态转换机制是植物适应光质等光环境变化的重要机制.本文综述了植物状态转换机制的研究进展,阐述了LHCⅡ的磷酸化及其在PSⅠ与PSⅡ两个光系统间的移动及其状态转换在植物适应光环境变化中的生理意义,并展望了今后的主要研究方向.     

植物光合机构对光环境的适应机制:状态转换

在自然条件下,植物接受的照光量经常变化,而植物在进化过程中已形成了相应的适应机制,用以维持光环境变化过程中2个光反应之间光能转换的能量平衡.植物的调控系统不但能通过调控叶片和叶绿体的运动以及光合色素的积累调节光的吸收,还可以通过光系统的状态转换灵活地调节捕光色素蛋白复合体吸收的能量分配.特别是在低光强下,植物通过可对电子传递链的氧化还原状态做出响应的激酶和磷酸酶调控光系统Ⅱ捕光色素蛋白复合体(LHCⅡ)的可逆磷酸化,从而调节激发能在PSⅠ与PSⅡ之间的分配.植物的状态转换机制是植物适应光质等光环境变化的重要机制.本文综述了植物状态转换机制的研究进展,阐述了LHCⅡ的磷酸化及其在PSⅠ与PSⅡ两个光系统间的移动及其状态转换在植物适应光环境变化中的生理意义,并展望了今后的主要研究方向.     

不产氧光合细菌光合色素的光氧调控机制

[目的]为不产氧光合细菌光合色素研究提供可行的较系统规范的研究方法和数据,揭示固氮红细菌(Rhodobacter azotoformans 134K20)光合色素光氧适应性机制.[方法]采用光谱法和色谱法对光和氧调控下的类胡萝卜素和细菌叶绿素合成代谢进行了研究.[结果]134K20菌株光照好氧时细胞得率最高.光照厌氧时主要合成3黄、1红、1紫、2绿、2蓝9种色素,黄色素大量表达.有氧时红色素大量表达,且启动2种新的红色素和1种新的紫色素表达,而黄色和蓝绿色素则受氧抑制.黑暗好氧主要合成2黄、3红、2紫、1绿、1蓝9种色素,但不同于光照厌氧.光照好氧时黄色素减少到1种,紫色素含量增加,其余同黑暗好氧.[结论]固氮红细菌(Rhodobacter azotoformans 134K20)是通过PpsR调节途径来调节光合基因表达的.黄色和红色素属于类胡萝卜素.黄色素1属于球形烯系列,其余两种黄色素是新的类胡萝卜素组分.红色素为新的球形烯酮组分,3种红色素极性、峰形和峰位差别显著,正己烷能显示其精细结构.紫色为极性较大的细菌脱镁叶绿素,绿色和蓝色为4种极性不同的细菌叶绿素a中间产物.乙醚甲醇法适合类胡萝卜素的提取,丙酮甲醇冰冻研磨法能快速有效完全提取光合色素.溶剂效应可有效鉴别细菌叶绿素a中间产物.     

光合电子流对光响应的机理模型及其应用

光合电子流对光响应的机理可以揭示植物光合电子流与光强、植物捕光色素分子物理特性之间的关系。该文讨论了光合电子流对光响应的机理模型的特性以及捕光色素分子的物理性质, 并利用此模型拟合了山莴苣(Lagedium sibiricum)、一年蓬(Erigeron annuus)和紫菀(Aster tataricus)的光合电子流对光响应的曲线。由此模型不仅可以得到植物的最大光合电子流、饱和光强、初始斜率等参数, 还可以获得捕光色素分子有效光能吸收截面和处于最低激发态的捕光色素分子数对光的响应关系。结果表明: 随光强的增加, 山莴苣的捕光色素分子的有效光能吸收截面下降最快, 紫苑的下降速度最慢; 山莴苣处于最低激发态的捕光色素分子数增长速度最快, 紫苑的增长速度最小。捕光色素分子的有效光能吸收截面随光强增加而下降、处于最低激发态的捕光色素分子数随光强增加而增加的特性将减少其光能的吸收和激子的传递, 因而有利于减少强光对植物产生的光伤害。     

光合生物色素-蛋白质复合物的多样性

通过对近年来放氧型光合生物有关研究结果的概括分析,提出放氧型光合生物光系统Ⅰ、光系统Ⅱ及捕光色素-蛋白质复合物具有多样性,并根据其PSⅠ复合物的77 K荧光发射特点,指出放氧型光合生物光合系统中的能量传递方式也可能存在多样性.     

Triton X-100对70℃处理后光系统I颗粒耗氧速率的影响

比较了70℃10min处理前后和加与不加TritonX-100时光系统I颗粒的耗氧速率、荧光光谱和吸收光谱等。70℃处理后光系统I颗粒的耗氧速率明显降低,TritonX-100可以恢复其耗氧速率。在TritonX-100存在时,光系统I颗粒耗氧速率的急剧上升是光系统I核心复合物和捕光色素蛋白复合体I分离后产生的单线态氧引起的。