光系统Ⅱ反应中心D_1-D_2-Cyt b_(559)的光破坏作用研究

从高等植物叶绿体中分离得到的光系统Ⅱ(PSⅡ)反应中心D_1-D_2-Cytb(559)复合物很不稳定,极易受到光照的破坏。光照导致D_1-D_2-Cytb_(559)在红区(Qy带)的吸收光谱发生很大的变化,在最初光照45秒时间内,吸光度值升高,继续光照则吸光度值下降,而且680nm处的下降速度最大,吸收峰发生兰移,光照也导致荧光强度增大,发射峰兰移。所有这些结果表明,光破坏至少存在两个不同的过程,而且主要受到破坏的是原初电子供体P680。     

光系统Ⅱ反应中心D1／D2／cyt b559复合物的组氨酸残基的光照破坏

高等植物在强光照射下光合作用受到抑制。现已普遍认为,光抑制的原初部位是光系统Ⅱ(PS Ⅱ)的反应中心。无论在整个叶片,还是在类囊体膜以及 PS Ⅱ颗粒、放氧颗粒中均能发现光破坏现象。但是,由于在这些颗粒中有许多与光破坏不直接相关的色素和蛋白分子,因此很难确定具体哪个分子受到破坏。而以只含有少数色素和多肽分子的 PSⅡ反应中心 D_1/D_2/cyt b599复合物为材料可以克服这个困难。该反应中心复合物的获得大大推动了光破坏机理的研究。现已证明,D_1/D_2/cyt b559复合物对光照十分敏感,光照可引起原初电子供体 P680的破坏。我们发现该反应中心的破坏是多步     

光系统Ⅱ反应中心D_1-D_2-Cyt b_(559)复合物低温(77K)荧光发射差异的研究

对菠菜光系统Ⅱ反应中心D_1-D_2-Cytb_(559)复合物进行了系统的低温(77K)荧光发射性质研究。结果表明,D_1-D_2-Cytb_(559)复合物具有681nm和684nm两种波长的低温荧光发射,但两者通常并不是同时存在,而是取决于Ca-680与Ca-670Chla分子的相对含量的。Ca-670Chla含量的增加,会使其低温荧光发射出现在681nm;而Ca-680Chla含量的增加,则会使其低温荧光发射出现在684nm。Ca-670与Ca-680Chla分子的相对含量与不同状态的菠菜叶材料有关。PSⅡ反应中心内周天线CP-47,CP-43多肽的存在是D_1-D_2-Cytb_(591)复合物低温荧光发射红移的原因,而D_1-D_2-Cytb_(559)复合物的不稳定变化则与其蓝移的低温荧光发射有关。     

光系统Ⅱ反应中心复合物中Cytb559的光还原

以分离纯化的光系统Ⅱ反应中心D1/D2/Cyt b559复合物为实验体系,在厌氧条件下,观察到Cytb559的光还原,表明Cyt b559能直接从Pheo~-接受电子,而且Cyt b559的光还原是不可逆的。当外加次级电子受体2,6-二甲基苯醌(DMBQ)与D1/D2/Cyt b559复合物重组之后,Cyt b559的光还原被延迟了,此时电子主要通过DMBQ传递,而且还原的Cyt b559在光照后的暗放置中有部分氧化。作者认为不依赖于醌受体的由Pheo~-到Cyt b559的电子传递是一条新的、次要的电子传递路线,它对光系统Ⅱ反应中心起保护作用。     

从菠菜制备的47kD/D1/D2/Cyt b559 PSⅡ反应中心蛋白复合物

菠菜的PSⅡ颗粒在pH 6.0、有抗坏血酸钠及甘油存在的条件下,用Triton X-100处理后,经过DEAE-Toyopearl 650S离子交换层析柱分离,可得一个由47 kD,D1,D2及Cyt b559组成的PSⅡ反应中心蛋白复合物.纯化的蛋白质复合物在DPC存在下,具明显的光还原DGIP光化学活性,且在暗及光照条件下显示出SignalⅡ_(slow)及Signal Ⅱ_(fast)。低温吸收光谱和荧光光谱表明,复合物中只有叶绿素a存在;用有机溶剂抽提复合物的色素,采用一种灵敏的荧光分析方法并结合分光光度法进行分析,也证实了这点。此复合物有锰的存在,重要的化学成分中Chl a/Pheo a/Cyt b559/Mn原子的摩尔比为:18.4:2:0.8:0.3。这些结果表明;此复合物含有从PSⅡ第二电子供体Z到第一电子受体Q_A的完整光系统Ⅱ电子传递链的所有组分,同时也暗示复合物可能含有锰原子结合部位。为我们(Tang 1985)提出的水裂解系存在于PSⅡ反应中心系之中的观点提供了佐证。     

光系统Ⅱ反应中心CP47/D1/D2/Cyt b-559复合物中色素分子空间取向的线二色光谱研究

线二色光谱(LD)是研究色素分子在光合膜上空间取向和排布的重要手段.采用低温(100K)吸收光谱和线二色光谱技术研究光系统Ⅱ核心复合物CP47/D1/D2/Cyt b-559中色素分子的空间取向.结果表明,在光系统Ⅱ核心复合物CP47/D1/D2/Cyt b-559中680 nm处有吸收的叶绿素分子Qy跃迁与光合膜平面平行.β-胡萝卜素分子有两种不同的空间取向,其中在470和505nm处有吸收的β-胡萝卜素分子(Ⅰ)与光合膜平面近似平行,而在460和490nm处有吸收的β-胡萝卜素分子(Ⅱ)与光合膜垂直.光破坏实验显示垂直取向的β-胡萝卜素分子对强光敏感.680nm处吸收的叶绿素分子成分复杂,可能包含有P680和核心天线CP47蛋白上的色素分子.     

光系统Ⅱ反应中心D1/D2/Cytb559复合物中去镁叶绿素a的光照破坏

高等植物在强光照射下,光合作用受到抑制。光抑制的分子机理已成为目前光合作用研究中最活跃的研究领域之一［１］。由于叶绿体内色素和蛋白分子很多,其中包含有许多与光破坏不直接相关的组分,因此很难确定具体哪个分子受到破坏。用只含少数色素和多肽分子的光系统Ⅱ（ＰＳⅡ）反应中心Ｄ１／Ｄ２／Ｃｙｔｂ５５９复合物［２］可以解决这个问题,现已证明用光照射该复合物能引起原初电子供体Ｐ６８０的破坏［３,４］,并且是一个多步反应［５］,同时还发现有组氨酸残基的光照破坏［６,７］,当存在电子受体的情况下反应中心内部β－ｃ…     

光下D1／D2／Cytb559复合物中氨基酸残基的破坏和多肽的降解

光系统Ⅱ反应中心Ｄ１／Ｄ２／Ｃｙｔ ｂ５５９ 复合物对光照十分敏感。不仅色素分子,而且多肽链上的氨基酸残基（如组氨酸和甲硫氨酸）均会受到破坏。光照同时引起Ｄ１ 和Ｄ２ 蛋白的降解。在ＳＤＳ聚丙烯酰胺多肽电泳图谱上,Ｄ１／Ｄ２ 二聚体的含量增多,同时有一条分子量大约为４１ ｋＤ的新带出现。在光照后的暗放置过程中,氨基酸组成不再变化,但Ｄ１ 和Ｄ２ 蛋白的降解及大分子量片段的产生仍继续进行。对组氨酸和甲硫氨酸的破坏与Ｄ１、Ｄ２ 蛋白的降解关系进行了初步的分析,推测在光破坏过程中,Ｄ１ 和Ｄ２ 蛋白也许发生了化学断裂和共价交联作用     

细胞色素 b559与PSⅡ光抑制的光保护机制

Cyt b559是由两条多肽,即α、β-两个亚基组成的一种血红蛋白,是光系统Ⅱ(PSⅡ)蛋白复合体必不可少的组分。简要介绍了Cyt b559的分子组成及其氧化还原特性。重点阐述了在光抑制条件下cyt b559对PSⅡ反应中心的可能保护机制和由Cyt b559参与的围绕PSⅡ的循环电子传递。     

细胞色素 b559与PSⅡ光抑制的光保护机制

Cyt b559是由两条多肽,即α_、β_两个亚基组成的一种血红蛋白,是光系统Ⅱ（PSⅡ）蛋白复合体必不可少的组分。简要介绍了Cyt b559的分子组成及其氧化还原特性。重点阐述了在光抑制条件下Cyt b559对PSⅡ反应中心的可能保护机制和由Cyt b559参与的围绕PSⅡ的循环电子传递。     

牛皮菜叶中三种不同光化学活性的PS Ⅱ反应中心复合物的纯化和特性

悬浮于3种不同缓冲介质中的牛皮菜(莙荙菜)PSⅡ颗粒经不同浓度的 Triton X—100处理后,用 DEAE—Toyopearl 650S离子交换柱层析分离.可分别得到3种具有不同光化学活性的PSⅡ反应中心复合物:即放氧的PSⅡ反应中心复合物(Ⅰ)、具DCIP光还原活性的PSⅡ反应中心复合物(Ⅱ)和仅发生Pheo~-光累积的 PSⅡ反应中心复合物(Ⅲ)。(Ⅰ)的多肽组分为 47、43、33、32、30、9 kD和4kD;(Ⅱ)的多肽组分为 47、32、30、9 kD和 4kD;(Ⅲ)的多肽组分为 32、30、9 kD和 4 kD。这3种PSⅡ反应中心复合物的吸收光谱和荧光光谱特性;及其主要化学成分的相对含量,与从菠菜等制备出来的相应3种PSⅡ反应中心复合物基本相同。     

PSⅡ原初电子供体P680的光破坏现象研究:高效液相色谱对光抑制条件下D1/D2/Cyt b559复合物色素成分和含量变化的分析(英文)

采用高效液相色谱 (HPLC)的分析方法 ,对菠菜 (SpinaciaoleraceaMill.)叶绿体PSⅡ反应中心光破坏过程进行了研究。结果表明 :(1)在本实验条件下 ,45min的光照处理 ,可以使PSⅡ反应中心的光化学活性基本接近丢失。(2 )从光照约 2 0min开始至约 40min ,Chla的含量逐渐减少到原有含量的 2 /3左右 ,然后浓度保持不变至约 6 0min ,此后 ,Chla的含量出现了第二次下降 ,到 80min左右 ,稳定在约 30 %的含量水平并不再变化。D1/D2 /Cytb5 5 9复合物的原有色素分子组成约为 6Chla∶2Pheo∶2 β_Car。 (3)在 40min的光照处理后 ,HPLC图谱上出现了一个新的产物峰 ,其吸收谱十分类似于Pheo分子 (峰位分别为 40 7、5 0 4、5 33、6 0 6及 6 6 3nm) ,但其保留时间 (7.2min)比正常的Pheo分子 (6 .9min)较晚 ,因此推测它可能是一种结构类似于Pheo的分子     

综述: 植物光系统Ⅱ捕光过程的超分子结构基础

光系统Ⅱ(photosystem Ⅱ,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 complex Ⅱ,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．     

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。我们实验     

杨梅光合作用的低温光抑制

利用便携式调制叶绿素荧光仪和光合作用测定系统研究了短期低温光照对杨梅幼树光合作用的影响。结果表明,低温光照处理后,杨梅叶片的Pn（净光合速率）、Gs（气孔导度）、Fv／Fm（最大的光系统Ⅱ光化学效率）、qP（光化学猝灭系数）和①PSⅡ（光系统Ⅱ的量子产量）下降,Ci／Ca（细胞间隙CO2浓度／环境CO2浓度）、Fo（初始荧光）、qN（非光化学猝灭系数）和（Fi—Fo）／（Fp—Fo）（失活的PSⅡ反应中心数量）上升。此外在同一水平低温下,中等强光（350μmol m^-2s^-1）加剧了PSⅡ反应中心的失活或破坏并且需要更长时间来恢复。这些结果说明低温和有光照条件下引起的杨梅光合作用下降是由于光合机构活性下降所致,即主要是PSⅡ反应中心的失活或破坏：我们推测QA^-（还原态质体醌A）和非还原QB（质体醌B）数量的积累可能是导致PSⅡ反应中心失活或破坏的原因,在低温光抑制过程中非辐射能量耗散对保护光合机构起着重要作用。     

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.     

NaCl胁迫加重强光胁迫下超大甜椒叶片的光系统Ⅱ和光系统Ⅰ的光抑制

快速叶绿素荧光动力学可以在无损情况下探知叶片光合机构的损伤程度,快速叶绿素荧光测定和分析技术(JIP-test)将测量值转化为多种具有生物学意义的参数,因而被广泛应用于植物光合机构对环境的响应机制研究.该文研究了超大甜椒(Capsicum annuum)幼苗在强光及不同NaCl浓度胁迫下的荧光响应情况.与单纯强光胁迫相比,NaCl胁迫引起了叶绿素荧光诱导曲线的明显改变,光系统Ⅱ(PSⅡ)光抑制加重,同时PSⅡ反应中心和受体侧受到明显影响,而且高NaCl浓度胁迫下PSⅡ供体侧受伤害明显,同时PSⅠ反应中心活性(P700+)在盐胁迫下明显降低.这些结果表明,NaCl胁迫会增强强光对超大甜椒光系统的光抑制,并且浓度越高抑制越明显,但对PSⅠ的抑制作用低于PSⅡ.高NaCl浓度胁迫易对PSⅡ供体侧造成破坏,且PSⅠ光抑制严重.     

温州蜜柑叶片光系统反应中心光能分配的变化

为深入了解果树光化学反应中心光能分配的状况,以柑橘为试材,采用调制荧光法对叶片光系统在高光强和低光强下的状态转换进行了研究.结果表明, 光系统在100 μmol·m^-2·s^-1的低光强下,由于QA的还原使PQ库处于还原状态,导致光能由PSⅡ转向PSⅠ分配,光系统处于状态2;在1 000 μmol·m^-2·s^-1 的高光强下, PQ库无法得到电子而处于氧化状态,导致光能分配由PSⅠ转向PSⅡ,光系统处于状态1.叶片经磷酸酯酶抑制剂NaF处理后,光系统从高光强下状态2到状态1的转换受到抑制.高光强下过多的光能由PSⅠ向PSⅡ分配是导致PSⅡ光破坏的重要原因.     

菠菜叶绿体的光抑制部位

有氧条件下,叶绿体的光抑制部位不是专一的。强光可使PSⅡ氧化侧、PSⅡ反应中心、PSⅡ还原侧,PSⅡ及类囊体膜透性都有不同程度的破坏。这种非专一性可能与类囊体膜蛋白在强光下的降解有关。无氧条件下,叶绿体的光抑制部位只是在PSⅡ反应中心及Q_B蛋白上。     

具放氧功能的PSⅡ反应中心复合物的分离及其特性

用Triton X-100处理PSⅡ颗粒,接着通过DEAE-Toyopearl 650S一步柱层析制备PSⅡ反应中心复合物具有良好的DCIP光还原活性和放氧功能,SDS-PAGE分析表明含有47,43,33,32,30kD和9kD6种多肽组分;还具有和前人用其它方法制备的放氧PSⅡ反应中心复合物相同的吸收光谱和荧光发射光谱。圆二色谱检测证明,本法所制备的复合物仍保持色素蛋白固有的α-螺旋结构与反应中心叶绿素的二聚体存在形式。EPR谱检测证明,该复合物具有保持完好的电子供体D存在;Mn~(2 )参与了电子传递。