光合磷酸化的研究——Ⅸ.邻二氮杂菲对闪光下循环及非循环光合磷酸化的抑制作用

在暗間隔0.16秒的3.3×10~(-4)秒閃光下,比較了PMS,Vit.K,FMN及Fe(CN)_6~≡光合磷酸化反应系統的每閃最高产量以及温度的影响,并观察邻二氮杂菲对这些反应系統每閃最高产量抑制的差异,以及在閃时延长时,它对閃光产量抑制程度的变化,得到結果如下: (1)在短閃光下,PMS,Vit.K,FMN及Fe(CN)_6~≡光合磷酸化反应系統的每閃最高产量都极接近,温度的影响也不太显著。(2)邻二氮杂菲对Vit.K,FMN及Fe(CN)_6~≡非循环光合磷酸化反应系統的每閃最高产量的50%抑制濃度都在0.96×10~(-5)M/左近,而对PMS系統的每閃最高产量的50%抑制濃度則力4.5×10~(-5)M。(3)邻二氮杂菲对PMS及Vit.K这两种类型的光合磷酸化反应系統在連續弱光下反应速度的50%抑制濃度与对这两反应系統的每閃最高产量的50%抑制濃度相同,即分别为4.5×10~(-5)M及0.95×10~(-5)M;同样温度(5℃)而光强增加到100000米烛光,则对这两反应系统反应速度的50%抑制浓度提高到依次为14.0×10~(-5)M及2.3×10~(-5)M。如果再把温度从5℃提升到30℃,则50%抑制浓度更提高到25.0×10~(-5)M及4.0×10~(-5)M。(4) 邻二氮杂菲对Vit.K系统的短闪光的每闪最高产量的抑制程度不受闪光光强影响,然而当闪光的闪时增加时,抑制剂对闪光产量的抑制程度则随闪时增加而减少。由此推论,邻二氮杂菲的抑制部位与光合磷酸化反应的光化作用中心有关,增加闪光闪时,或在连续光下增加光强,或在饱和光下提高温度都使光化作用中心增加重复利用而使抑制剂的抑制作用减弱。循环(PMS)及非循环(Vit.K,FMN,Fe(CN)_6~≡)光合磷酸化反应系统的闪光产量相同,而对邻二氮杂菲的敏感程度却相差很大的现象,可以用放氧及磷酸化各有一光化作用中心解释之。非循环光合磷酸化反应系统包括有放氧及磷酸化两个,而循环光合磷酸化反应系统则仅需磷酸化一个光化作用中心。     

光合磷酸化的研究 Ⅳ.Mehler反应与光合磷酸化

我們同时測定了小麦离体叶綠体的Mehler反应与光合磷酸化作用,結果指出: 1.光合磷酸化輔助因素Vit.K及FMN促进Mehler反应,PMS无影响。2.离体叶綠体不加輔助因素或加入Vit.K或FMN的情况下,ATP与CH_3CHO的形成量有一定的数量关系。由此算出的P/O值約为同时測定的K_3Fe(CN)_6系統的P/O值的二倍。在偶联得完全的制剂中,P/O值达2。3.无論对电子传递还是磷酸化作用,pH、解联剂(NH_4~ )及叶綠体保存时間对Vit.K及K_3Fe(CN)_6系統的影响均有一致的趋势。4.在有氧条件下,P/O值与輔助因素的浓度无关。本文結果指出了Mehler反应与FMN或Vit.K导致的光合磷酸化实际上发生在同一个过程中,这样就进一步肯定了Vit.K与FMN导致的光合磷酸化都是属于非循环方式。对它們在生理上的可能作用也作了簡短的討論。     

闪光下的光合作用动力学

从假定在光合作用的一系列反应中总速度由一步光反应和一步暗反应所限制出发,导出了每閃产量与閃光时間关系的方程。这一关系式,基本上和文献中所記載的实驗結果符合。在一定条件下,可以将此关系式簡化,从而求得光反应和暗反应的一級反应速度常数以及所謂光合单位的相对浓度。     

光合磷酸化的研究——XVII.循环光合磷酸化与短波光反应的关系

一般认为PMS与維生素K和FMN不同,无論在有氧或无氧条件下都催化眞循环光合磷酸化,其电子傳递过程无需短波光反应和分子氧的参与。但是文献中記載的关于PMS系統的实驗結果也还有不少与上述結論不一致之处。例如有人指出氧气对PMS-磷     

细胞色素C_3在Rhodopseudomonas caosulata载色体光合磷酸化中的作用

细胞色素C_3不仅能增进除去铁氧还蛋白载色体的循环光合磷酸化活性的恢复,而且也增进以DCPIPH_2为电子供体,维生素K_3、反丁烯二酸分别为电子受体构成的非循环光合磷酸化活性的恢复。 氩气相下,细胞色素C_3促进正常载色体光合磷酸化活性的最适浓度是1.8 μmol,当PMS存在时,这一促进作用随C_3浓度的增加而直线上升,然后呈稳态。 Antimycin A(10~(-7)mol/L)能充分抑制C_3参与的光合磷酸化活性,这一抑制现象在PMS存在时消失。 o~-phenanthroline(1×10~(-5)mol/L.)对C_3参与的光合磷酸化活性亦具抑制作用,并被PMS的添加而消失,当浓度提高时(10~(-3)mol/L),抑制现象不因PMS的存在而消失。 氢气相下的载色体光合磷酸化活性比氩气相下的低,并且随着载色体贮存(-20℃)时间的增长而急剧下降,24h贮存,丧失活性达60％。C_3对氢气相下的光合磷酸化活性具明显的促进作用,而铁氧还蛋白则不能,但两者同时存在时,其磷酸化活性显著提高。     

铁氧还蛋白在细菌光合磷酸化中的作用

光合细菌Rhodopseudomonas capsulata载色体的内源光合磷酸化(循环光合磷酸化)对antimycin A敏感,在浓度为10~(-7)M时,几乎完全被抑制。外加电子供体(DCPIPH_2)和电子受体(维生素K_3,反丁烯二酸或氧)所构成的非循环光合磷酸化,对antimycin A不敏感,这些结果与Rhodospirillum rubrum载色体中所得到的结果一致。 经0.2％Triton X-100处理后的载色体,两种类型(循环和非循环)的光合磷酸化活性完全丧失。回加铁氧还蛋白,只能使非循环光合磷酸化恢复。循环光合磷酸化活性的恢复必需同时有PMS的存在,所恢复了的磷酸化活性,对antimycin A不再敏感。 ο-Phenanthroline对细菌载色体的光合磷酸化活性具有两个反应部位。高浓度(10~(-3)M)时,几乎完全抑制循环和非循环的光合磷酸化作用(包括回加铁氧还蛋白后恢复了的光合磷酸化作用)。低浓度(10~(-5)M)时,对存在PMS的循环光合磷酸化和非循环光合磷酸化只具有部分抑制作用。而对回加铁氧还蛋白后恢复了的循环和非循环光合磷酸化活性则表现出同等程度的抑制作用。 基于上述结果,对铁氧还蛋白在光合电子传递链上作为次级电子受体的可能性进行了讨论。     

光合磷酸化的研究 Ⅶ.关于光下积聚高能中间产物性质的探讨

当叶綠体在強光下預照光数秒钟后,其中有高能物貭积聚,它可在暗中使ADP和Pi轉化成ATP。这个現象,在前文已有初步报导,現在更作了进一步的研究,所得結果如下: (1)肯定这光下积聚的高能物貭不是旁杂反应的产物或ATP—Pi交換反应的产物,而是与光合磷酸化中間步驟有关的。有些实驗表明,与此积聚高能物貭有关的中間步驟处于磷酸化部分并且位于PMS促进的光合磷酸化的速度限制反应之前。(2)比較了一些条件对高能物貭的积聚与轉化及对进行光合磷酸化的影响,看到高能物貭的积聚与轉化同光合磷酸化有密切的关系,諸如光強的影响、有光合磷酸化进行时高能物貭的积聚情况、对輔助因子或氫受体的要求等实驗結果,都符合于表明光下所积聚的高能物貭是光合磷酸化的中間产物。但是,也有不少迹象显示出来,这光下积聚的高能物貭有許多行为不能簡单地把它当作光合磷酸化过程中的中間产物来解释,例如,它的积聚速度与轉化速度比光合磷酸化过程要慢好多倍,并且低温显著地不利于光下积聚中間产物轉化成ATP(这現象在光合磷酸化过程中是沒有的)等。(3)光下积聚中間产物量最高时可达叶綠素含量的1/10;甚至更多些。初步研究此中間产物的性貭,說明它很可能是一个脂溶性物貭,并且易受紫外光破坏。(4)文中对此中間产物积聚与轉化速度較光合磷酸化过程为慢的現象分析了它可能的原因,并且将此中間产物与叶綠醌的一些性貭的类似之处作了討論。     

光合磷酸化的量子需要量

用菠菜叶绿体悬浮液,在红光下(620—660mμ,6—8×10~3尔格/厘米~2-秒)测定同位素P~(32)标记的无机磷酸进入ATP的强度,并根据吸收的光能量换算为形成一个分子ATP所需要的红光量子数。结果指出: (1)循环光合磷酸化作用,不论用何种辅助因素(PMS,维生素K_3,FMN),形成一个分子ATP的量子需要量均在4—5之间(最低一次获得2.9)。叶提取液代替辅助因素,结果亦同。(2)与希尔反应偶联的光合磷酸化作用(希尔氧化剂为K_3Fe(CN)_6或TPN)的量子需要量亦是4—6。同时测定的还原作用指出希尔反应中每放出一个分子O_2,需要8—12个红光量子,表示在试验条件下,二者是完全偶联的(P/2e?1)。没有磷酸化(不加ADP及P_i)时,希尔反应的量子需要量不变,表示偶联的ATP形成不需额外的光量子。(3)光强度减低,则循环与非循环光合磷酸化作用的效率随之降低,量子需要量增加,而希尔反应的效率则不变。从上述结果推论,两种光合磷酸化作用均是通过同一的电子传递系统,在此系统中仅有一个磷酸化部位,除非另有一个部位是极易破坏的。试验结果也对光合作用的量子需要量问题,供给可能的解释。在弱光下光合作用效率高,可能是由于部份ATP来自呼吸;而在强光下效率减低,则是呼吸所供给的ATP不足而必需依靠循环光合磷酸化所致。     

光合磷酸化的研究 Ⅷ.黄化小麦幼苗变綠时光合磷酸化活力的发生

(1)黄化小麦幼苗初变绿时,光合磷酸化活力之发生远较叶绿素的生成为迟。在实验条件下,照光变绿3小时后,才可测得光合磷酸化活力,且其按叶绿素为基础计算的活力随照光变绿时间的增加而增加,至照光变绿7—8小时后,叶绿体上叶绿素含量尚在继续增加,但光合磷酸化活力则趋向恒定。(2)在黄化幼苗变绿初期,测得的循环光合磷酸化ATP形成能力较非循环光合磷酸化ATP形成能力高得多,以后较接近;但将循环光合磷酸化之ATP形成能力与非循环光合磷酸化之放氧能力相比较,则其比例在不同时期相差不大。这说明,在变绿初期非循环光合磷酸化之ATP形成能力特别小的原因,主要是由于当时它的偶联程度特别低,并不是因为它较循环光合磷酸化多牵涉到放氧等步骤,而这些步骤可能发生得较晚所致。以DCPIPH_2作氢供体的氧化光合磷酸化活力的最初增长情况与以Fe(CN)_6~≡作氢受体的非循环光合磷酸化ATP形成能力的增长情况一样,均比以PMS促进的循环光合磷酸化活力增长时间为晚,这结果也有助于证明非循环光合磷酸化ATP形成能力增长较晚的原因与它牵涉到放氧步骤无关。(3)使黄化变绿幼苗光合磷酸化、希尔反应活力达到饱和所需的光强度与绿苗所需的相仿。变绿初期的叶绿体,其光合磷酸化作用有很强的“光强效应”,卽弱光下电子传递速度慢、PSP活力低时,与磷酸化的偶联程度会急剧下降。这现象可能是造成变绿初期测得的非循环光合磷酸化ATP形成能力特别低的原因。(4)黄化幼苗变绿时,同化CO_2能力之发生时间与光合磷酸化活力之发生时间差别不大,但以叶绿素为基础计算,前者的活力较早达到恒定。     

多元酸和腺核苷酸对电子传递及光合磷酸化的共同作用

多元酸促进无磷酸化状态的电子传递,但当多元酸与腺核苷酸共同存在时,电子传递速度却比腺核苷酸单独作用时更低。多元酸可提高叶绿体的能量转换效率,其作用受磷酸浓度、多元酸浓度以及pH等多种因素的影响。在光暗两阶段光合磷酸化中,暗反应阶段加入多元酸可显著提高ATP合成量,但在照光前加入多元酸,对ATP合成的影响则视在照光前是否同时加入ADP而异。在多元酸促进光合磷酸化的情况下,同一叶绿体制剂经活化后,其偶联因子水解ATP的活力也可为多元酸促进。     

光合磷酸化的研究 Ⅱ.光合磷酸化的“光强效应”及中间产物

(1)在不同光强度下研究叶綠体的光合磷酸化作用和希尔反应,发现当光弱到一定程度后,光合磷酸化的效率,不论是“循环”或是“偶联”的都显著降低,而同时测定的希尔反应的效率则不变。因此,这个“光强效应”为光合磷酸化所特有,显然不是发生在“电子传递系统”或氧化还原部分。(2)在作用液中加入非放射性的ATP或预先照光形成一些AT~32P,再进行实验,这个“光强效应”仍同样出现,证明这个效应不是由于最终产物(ATP)的分解,亦不是由于应用放射性~(32)P测定方法所造成的假象。(3)这个“光强效应”在光强增加到一定程度以上时,即逐渐消失;在较低的温度下则减轻;在闪光条件下则比在连续光下更加显著。这些结果指出,“光强效应”是由于中间产物的破坏或转向其他代谢途径。此作用是一个暗反应,可能是酶促的。酶量少,容易达到饱和,弱光下中间产物少,被它作用的比重就大,强光下中间产物多,被它作用的比重就小,所以“光强效应”只在弱光下显著。(4) 叶綠体加Mg~( )及PMS照以饱和强光,然后立即(<0.1秒)在暗中加入Pi及ADP,仍有很多ATP形成,但如在暗中过5秒钟后再加Pi及ADP,则几乎完全没有ATP形成。这指出叶綠体照光后产生能与Pi结合的中间产物(Z~*),其饱和量约为20—40mμmole/μmole叶綠素。它在室温(20—25度)迅速破坏或转向其他代谢途径,5秒后已不存在,在低温(5度)则可维持数秒。(5) 同样制剂加Pi再照光,然后暗5秒再加ADP,则ATP的产量,比立即加ADP者只减少一半。指出上述的中间产物(Z~*)与Pi结合后形成第二个中间产物(Z～P)在叶綠体内比较稳定。“光强效应”可能主要是Z~*或以前的中间产物被破坏或转向其他用途所引起。     

光合磷酸化偶联机制研究——Ⅸ.抗生素HP-1对光合磷酸化的解联作用

抗生素HP-1在10~(-7)～10~(-6)M时可以有效地降低光合磷酸化活力,并促进电子传递。它象氯化铵一样能降低光照射时类囊体的质子吸收,但在降低光合磷酸化活力时,既不象氯化铵那样受反应液中磷酸盐浓度的影响,又不象尼日利亚菌素那样依赖反应液中K~+存在。抗生素HP-1可以作为一种新的解联剂而用于光合磷酸化及生物能量转换反应的研究。     

低浓度NaHSO3促进田间水稻的光合磷酸化和光合作用

用1～2 mmol/L NaHSO3喷施于水稻(Oryza sativa L.)叶面可以提高叶片的光合速率,并能持续3 d以上.在此条件下,光下叶片中的ATP含量明显增高,叶片的叶绿素毫秒延迟荧光加强,反映与光合磷酸化活力有关的跨类囊体膜质子梯度增加.乳熟期喷施2次1 mmol/L NaHSO3后,水稻产量提高约10%.研究表明NaHSO3的主要作用和PMS(phenazine methosulfate)促进光合速率的原因可能类似,都是增加了ATP的供应.与此同时,观察到低浓度NaHSO3可促进水稻中反映循环电子传递的叶绿素荧光在作用光关闭后的短时上升.以上现象表明低浓度NaHSO3的促进作用很可能是通过促进围绕PSⅠ的循环电子传递及其耦联的光合磷酸化而促进水稻光合作用的.     

光合磷酸化偶联机制研究——氯化铵对光合磷酸化的促进作用

1～3×10~(-4)M 氯化铵在较低浓度磷酸盐时降低光合磷酸化活力增进希尔反应速度表现出解联效应,在较高浓度磷酸盐时,希尔反应速度仍加快而光合磷酸化活力也被促进。用两阶段光合磷酸化技术及测定对叶绿体萤光淬灭作用的影响表明,氯化铵在上述条件下是消除类囊体腔内的高能态的。解联剂短杆菌环肽在1×10~(-8)M 时也可表现出对光合磷酸化有促进作用。将上述浓度氯化铵和短杆菌环肽同时加入反应液对光合磷酸化仍有促进作用,甚至似乎更显著。联系过去研究光合磷酸化高能态时提出它可能有不同存在状态的推测,对上述现象作了分析和解释。     

光合磷酸化的研究——XVI.甘薯叶细胞制剂光合磷酸化的作用光谱及双光增益效应

我们利用光强效应较不显著的甘薯叶细胞制剂为材料,测定了循环(内源、PMS)及非循环光合磷酸化[K_3Fe(CN)_6,NADP~+]在橙—红光区段的作用光谱及双光增益效应,所得的主要结果如下: (1)在620—680mμ范围内,各系统作用光谱的起伏均很小,没有出现显著的高峰或低谷。(2)当波长超过680mμ时,非循环光合磷酸化系统的效率大降,出现与光合作用及希尔反应中相似的“红降”现象。以640mμ光与708mμ光同时照射,见到双光增益效应的存在。(3)循环光合磷酸化在700mμ光照下,相对效率与短波长光下相近或稍高。波长再向上移则效率也迅速降低。在有氧条件下,708mμ光下的效率也受同时加照的640mμ光的增益,但在无氧条件下则不显示增益效应。作者认为由于部分循环光合磷酸化辅助因子的自动氧化,远红光下放氧反应受阻,影响了光氧化物的还原及重复使用,因而使相对效率降低。本文结果从光合磷酸化的角度,支持叶绿体中存在着两个独立的、有不同色素参与的光化学反应。     

光合磷酸化的研究——Ⅴ.双香豆素(Dicumarol)对离体叶绿体光促电子传递及磷酸化的影响

双香豆素是维生素K的对抗物,临床上用它作为抗凝血药物(anticoagulant)。在生物化学研究中,近年来也经常利用它来研究维生素K在呼吸链及氧化磷酸化中的作用。在光合作用研究中,Wessels发现叶绿体对DCPIP的光还原受双香豆素的抑制,从而推测维生素K可能参与光合作用的电子传递。Arnon发现维生素K类化合物导致的光合磷酸化受双香豆素的抑制。双香豆素对光合细菌的光合磷酸化也有抑制作用。本文报告双香豆素对不同电子递体或受体导致的光促电子传递和光合磷酸化的影响。     

光合磷酸化偶联机制研究——Ⅱ.金霉素对光合磷酸化促进作用的研究

用金霉素溶液处理菠菜离体叶绿体,对循环( PMS)和非循环光合磷酸化( FeCy、MV或BQ DBMIB)均可表现出促进作用,表明它对两个能量保存部位都有促进作用。它能提高磷酸化的偶联程度,增加ADP/O及PC比值。在对光合磷酸化有促进作用的情况下,用两阶段光合磷酸化法测定,它对高能态的积累略有增加或影响不大,但它能显著增加叶绿体的延迟发光。它对叶绿体膜上Mg~(2 )-ATP_(ase)及偶联因子Ca~(2 )-ATP_(ase)活力有抑制。金霉素溶液的荧光强度可被加入偶联因子所提高,这些都表明金霉素至少有一个作用部位与偶联因子有关。文中对它能促进光合磷酸化作用的机理进行了讨论。     

光合磷酸化的研究——Ⅻ.细菌载色体的非循环光合磷酸化

研究兼性厌氧紫色非硫螺旋菌及严格厌氧紫色硫细菌的离体载色体的非循环光合磷酸化,结果指出: (1)在厌氧并用HOQNO抑制载色体循环光合磷酸化的情况下,以过量维生素丙及催化量DCPIP为电子供体时,维生素K_3,FMN,反丁烯二酸等化合物均可作为电子受体构成非循环光合磷酸化。(2)在有氧状态时,维生素丙及DCPIP为电子供体的非循环光合磷酸化能以分子氧为最终电子受体。外加任何电子受体,不再促进磷酸化活力。(3)紫色硫细菌的载色体尚能以H_2S为电子供体与维生素K_3构成非循环光合磷酸化。(4)在载色体中的氢化酶的催化下,分子氢可以通过DCPIP,在光下联接于维生素K_3或反丁烯二酸的还原。其所偶联的磷酸化,具有非循环类型的特性。基于上述结果,对非循环光合磷酸化在光合细菌中的生理意义作了简短的讨论。     

Clotrimazole对菠菜叶绿体光合磷酸化和电子传递的抑制作用

10μmol/的clotrimazole不仅抑制光合磷酸化活力,而且抑制各种类型的电子传递,是一个典型的电子传递抑制剂。经过它对叶绿体放氧,荧光和毫秒延迟发光影响的比较研究表明:clotri—mazole在光合电子传递链上的作用部位在Q与PQ之间,即与DGMU的作用部位相同或相近。     

光合磷酸化偶联机制的研究——Ⅲ.胺对光合磷酸化的促进作用

进一步研究比较了氯化铵和一些胺对光合磷酸化的影响。发现甲基胺等在低浓度(2×10~(-4)M)时,对光合磷酸化的影响与氯化铵相似,但它对磷酸盐的浓度要求较氯化铵低。用pH电极法测得氯化铵和甲基胺在促进光合磷酸化的浓度下时,能降低类囊体的质子吸收。2×10~(-4)M的氯化铵和甲基胺在高浓度磷酸盐存在时,也能促进闪光下的光合磷酸化,但对叶绿体的延迟发光无明显影响。