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。     

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。     

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。     

光破坏的光系统Ⅱ反应中心D1／D2／Cytb559复合物的CD光谱

ＰＳⅡ反应中心Ｄ１／Ｄ２／Ｃｙｔｂ５５９ 复合物的圆二色（ＣＤ）光谱在红区有一个反向带，其正峰在６８０ ｎｍ ，负峰在６６０ ｎｍ 处。光破坏后，该反应中心复合物的ＣＤ信号明显下降，而且当正峰完全消失后，负峰仍然存在，说明该反应中心的ＣＤ信号不仅来源于原初电子供体Ｐ６８０，而且可能来源于其它色素分子     

质体醌重组的D1／D2／Cytb559复合物的荧光衰减动力学和光破坏作用

光系统Ⅱ反应中心Ｄ１／Ｄ２／Ｃｙｔｂ５５９ 在分离纯化过程中失去了电子受体ＱＡ 和ＱＢ,人工合成的质体醌可以与Ｄ１／Ｄ２／Ｃｙｔｂ５５９ 复合物发生重组。癸基质体醌（ＤＰＱ）与Ｄ１／Ｄ２／Ｃｙｔｂ５９９ 复合物的重组导致该复合物的荧光强度下降及发射光谱蓝移,同时两个与光化学活性相关的长寿命（２４ ｎｓ和７３ ｎｓ）荧光衰减组分占整个荧光的百分数下降,这些结果表明ＤＰＱ作为Ｐｈｅｏ－ 的电子受体,限制了Ｐ６８０＋ ·Ｐｈｅｏ－ 的电荷重组。ＤＰＱ 的加入对Ｄ１／Ｄ２／Ｃｙｔｂ５５９复合物中Ｃｈｌａ 分子的光破坏敏感性影响不大,但β－胡萝卜素在加入ＤＰＱ 之后可以被光照破坏,这个过程可能与β－胡萝卜素的生理功能相关。     

光系统Ⅱ反应中心D1/D2/Cytb559复合物中存在一个与光化学活性无关的去镁叶绿素a

紫色光合细菌反应中心的三维空间结构的解析，极大地推动了光合作用电子传递机理的研究。现已清楚光合细菌反应中心内部存在着两条电子传递支路［１—２］，由于高等植物光系统Ⅱ（ＰＳⅡ）反应中心Ｄ１蛋白和Ｄ２蛋白与光合细菌反应中心Ｌ亚基和Ｍ亚基的一级结构具有很大的相似性，推测ＰＳⅡ反应中心内部也可能存在类似的结构。从高等植物叶绿体中分离纯化的ＰＳⅡ反应中心Ｄ１／Ｄ２／Ｃｙｔｂ５５９复合物具有原初电荷分离活性［３］，其中含有４—６个Ｃｈｌａ分子，２个Ｐｈｅｏａ分子，１—２个β－胡萝卜素分子，它们是否像光合细菌…     

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…     

光系统Ⅱ反应中心D_1/D_2/cyt b_(559)复合物光破坏的多步反应

光系统Ⅱ(PSⅡ)反应中心D_1D_2’cyt b_(559)复合物在强光照射下色素分子受到破坏,导致在红区(Q_y带)的吸光度值及CD信号的下降,而且在光照后的暗放置过程中这种变化继续进行,吸收差光谱的峰位在680nm处,说明受破坏的很可能是原初电子供体P680.在光照后的暗放置过程中,该反应中心复合物的荧先强度继续升高,而且峰位蓝移.所有这些结果表明,在光照的过程中,PSⅡ反应中心D_1/D_2/cytb_(559)复合物很可能有一个相对稳定的反应中间体形成,从而造成在暗放置过程中该反应中心继续受到破坏,也就是说,PSⅡ反应中心D_1/D_2/cytb_(559)复合物的光破坏不是一步反应,而是一个多步反应.     

温度升高对PSⅡ中CP47和CP47／D1／D2／Cyt b559 Chla能量传递的影响

采用激励光源为4MHz、514．5nm的延时分幅扫描单光子计数荧光装置对从菠菜中分离提纯的核心天线CP47和CP47／D1／D2／Cyt b559复合物的Chla的能量传递进行了研究,得到经20℃、42℃和48℃处理后的最大峰值处的时问常量。分析认为CP47中,20～42℃之间的温度对蛋白质空间结构的改变较小,Chla分子之间的能量传递受到微小的影响,而42～48℃之间的温度引起较大的蛋白质空间结构改变,明显地影响了其中Chla分子问的能量传递。在PSⅡ(2P47／D1／D2／cyt b559复合物中,处理温度的升高使CP47／D1／D2／cyt b559复合物的二级结构、色素分布的空间位置发生变化,从而影响了CP47／D1／D2／Cyt b559复合物中Chla的能量传递以及电荷重组,42℃已对其造成影响,而48℃对其的影响很大。     

D1-D2-Cyt b559复合物与33 kD 蛋白重组时光谱性质研究

将分离纯化的菠菜光系统ⅡD1-D2-Cyt b559反应中心复合物和33kD外周蛋白按摩尔比1：1或2：1的比例进行体外重组,监测重组过程中的室温可见光区吸收光谱和荧光发射光谱的变化。结果表明：重组过程中．样品的室温可见光区吸收光谱几乎无变化,但室温荧光发射光谱却有明显的变化,蛋白质内源荧光和叶绿素荧光的强度都有先增加后降低的现象,暗示33kD蛋白与D1-D2-Cyt b559复合物在形成稳定的重组复合物之前、存在一个复杂的蛋白构象变化过程,重组时33kD蛋白与反应中心复合物的结合,可能影响了反应中心D1或D2色素蛋白所结合的叶绿素a等色素分子的微环境。     

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.     

菠菜和水稻细胞色素b-559的分离纯化及其光谱性质研究

采用一种快速简捷的方法从菠菜(Spinacia oleracea L.)和水稻(Oryza sativa L.)中分离纯化了光系统Ⅱ反应中心内的细胞色素b-559,并且研究了其低温可见光区荧光光谱、室温紫外区荧光光谱、吸收光谱以及电泳特性.该方法的主要特点:1.以放氧核心复合物为起始材料以避免其他细胞色素的干扰;2.选用DEAE-Sephacel为层析介质,用等度洗脱除去杂蛋白和叶绿素;3.用同一介质不同条件去除过量的去垢剂.从两种植物中分离纯化的Cyt b-559具有相似的吸收光谱,在非变性电泳中有相同的泳动特征.用修订的适用于分析小蛋白的Tricine-SDS-PAGE证明,从两种植物中分离得到的Cyt b-559都是由两个多肽亚基组成,它们的表观分子量分别为9 kD和4 kD.低温荧光光谱的结果表明,Crt b-559的荧光激发峰位为413nm和439 nm,荧光发射峰位在563 nm和668 nm,首次证明Cyt b-559可以发出荧光并将电子传递给叶绿素.首次通过Cyt b-559的紫外荧光光谱证明Trp残基位于该蛋白的疏水跨膜区内.     

叶绿体中的细胞色素b—559

细胞色素b-559是由叶绿体基因编码α,β亚基为单位构成的一种血红蛋白,是光系统II反应中心的重要组分。以叶绿体为实验材料的研究表明,细胞色素b-559可通过还原变化调节光系统Ⅱ的光抑制敏感性,并对发生在供体侧和受体侧抑制的光系统II反应中心具有保护作用,但对整体植物在生理条件下的作用却未得到证实,这也正是今后需要研究的问题。     

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。     

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     

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。     

镉离子对菠菜叶绿体光系统Ⅱ的影响

环境污染因子重金属离子镉(Cd~(2 ))对菠菜(Spinacia oleracea L.)叶绿体光合作用有明显的抑制作用,其中对光系统Ⅱ(PSⅡ)的抑制作用显著。5mmol/l Cd~(2 )可抑制 PSⅡ放氧活性53％。Cd~(2 )使叶绿体和 PSⅡ制剂的 DCIP 光还原活性降低;可变荧光也受到抑制。加入 PSⅡ的人工电子供体 DPC 仅使被抑制的 DCIP 光还原活性稍有恢复;加入羟胺对被抑制的可变荧光并无明显影响。因此我们认为 Cd~(2 )除了作用于 PSⅡ氧化侧外,还可能直接损伤了 PSⅡ反应中心。不同浓度的 Cd~(2 )处理后,叶绿体全电子链的电子传递活性比放氧活性的速率降低快。这暗示着 PSⅡ氧化侧不是 Cd~(2 )唯一的作用部位,在 PSⅡ与 PSⅠ之间的电子传递链上还存在有对 Cd~(2 )敏感的部位。     

叶绿体中的细胞色素b-559

细胞色素b-559是由叶绿体基因编码α、β亚基为单位构成的一种血红素蛋白,是光系统II反应中心的重要组分。以叶绿体为实验材料的研究表明,细胞色素b-559可通过氧化还原变化调节光系统II的光抑制敏感性,并对发生在供体侧和受体侧抑制的光系统II反应中心具有保护作用,但对整体植物在生理条件下的作用却未得到证实,这也正是今后需要研究的问题。