光系统Ⅱ捕光复合体飞秒时间分辨荧光特性的研究

采用时间分辨荧光光谱技术研究了菠菜（Spinacia oleracea L.）叶绿体叶捕光色素复合体（LHC Ⅱ）荧光的时间特性和光谱特性。用脉宽为120fs、波长为400nm的倍频钛宝石激光激发LHCⅡ样品;原始荧光信号由Boxcar采集,通过建立多指数模型,用非线性最小二乘法拟合,得到了激发能在LHCⅡ中传递的时间常数分别为：320fs、4.0ps和20.0ps。相对应的各组分荧光占总荧光的非分比分别为：3.4%、50.0%和46.6%。经全局分析,解得荧光强度随波长变化曲线;用高斯3峰解叠得到荧光光谱的峰值波长分别为：652nm、672nm和691nm。通过分析得出了时间常数与LHCⅡ中各色素成分之间的对应关系,并给出了可能的能量传递模型。     

毛竹PSⅡ大量捕光天线蛋白基因克隆及其表达分析

采用RT-PCR和RACE技术,从一年生毛竹(Phyllostachys edulis)新鲜叶片中分离到3个捕光色素结合蛋白基因cab-PhE2、cab-PhE3和cab-PhE6,GenBank登记号分别为EF207230、EF405877和EF628209.序列分析表明,3个基因分别与其它植物如水稻、玉米、大麦等PSⅡ的Ihcb2、Ihcb1、Ihcb3基因有着较高的一致性,其编码的蛋白属于大量捕光天线.蛋白结构预测表明,3个基因编码的蛋白均由导肽和成熟蛋白组成,其中成熟蛋白的二级结构均包含4个α螺旋结构、3个类胡萝卜素结合位点,以及相应的叶绿素a、b结合位点.组织特异性表达检测表明,3个基因在叶片、叶鞘和幼茎中均有表达,且在叶片中最高,而在根中未检测到表达.在强光照射( 1500μmol·m-2·s-1)条件下,3个基因的表达量均呈下调趋势,不同基因间存在着一定的差异,其中cab-PhE3和cab-PhE2的表达丰度在光照4h内下降较快,至6 h cab-PhE2接近于零,而cab-PhE6经光照4h表达丰度仍为对照的70％以上,但之后2h后很快降至对照的5％以下.     

PSⅡ核心复合物能量传递的飞秒时间分辨荧光光谱学研究

运用稳态、瞬态荧光光谱技术对光系统Ⅱ核心复合物的能量传递动力学进行研究.分别用436 nm光脉冲激发叶绿素a分子、45l nm光激发叶绿素a和β-胡萝卜素分子、473和481 nm光激发β-胡萝卜素分子,得到5组反应能量传递、电荷重组等过程的寿命组分:8～40 ps为核心天线中β-胡萝卜素分子通过相邻β-胡萝卜素分子或中间叶绿素a向叶绿素a分子传递能量的时间;85～152 ps为核心天线色素分子激发能传递时间;201～925 ps反映部分电荷重组过程;1.03l～1.2l ns为参与能量传递的色素分子从激发态衰退回到基态的时间;6.17～18.13 ns的长寿命时间组分归因于P680+Pheo-的重组过程.将荧光发射谱进行高斯解析,发现在核心复合物中还至少存在Chla 685 683、Chla 682 680、Chla679 673,677三种特征叶绿素a分子.     

用飞秒吸收光谱对PSⅡ颗粒及核心复合物原初反应的动力学研究

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、传递和转化的机理。本研究采用飞秒吸收技术,通过以４００ｎｍ激发,５２０～７００ｎｍ连续探测,对ＰＳⅡ颗粒及核心复合物中的能量传递、电荷分离等过程进行了研究。在ＰＳⅡ颗粒中,得到的０．１６ｐｓ,２．８ｐｓ和２０．９ｐｓ等过程为在光系统Ⅱ捕光天线复合物（ＬＨＣⅡ）中的能量传递过程,而８．６ｐｓ过程为由ＬＨＣⅡ向ＰＳⅡ核心和反应中心的能量传递过程。在ＰＳⅡ核心复合物中,得到的０．３５ｐｓ和１１．２ｐｓ过程与ＰＳⅡ内周天线之间的能量传递过程有关,而２．９ｐｓ和２０．１ｐｓ过程可能为电荷分离过程或与ＰＳⅡ反应中心有关的能量传递过程。     

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。     

用470fs时间分辨率荧光光谱法研究光系统Ⅱ反应中心原初反应的动力学特性

以菠菜（ＳｐｉｎａｃｉａｏｌｅｒａｃｅａＭｉｌ．）叶绿体中的ＰＳⅡ颗粒和ＰＳⅡ核心复合物为材料,用４７０ｆｓ时间分辨率的荧光光谱技术研究ＰＳⅡ反应中心原初反应的动力学特性,选择不同的时间测量范围和不同的检测波长,经过解卷积和多指数拟合可以分辨出２～４个衰减组分,对所得的动力学参数进行分析和讨论,认为其中３ｐｓ的组分与电荷分离有关,而０．８、１２、２５和１００ｐｓ的衰减组分很可能属于能量传递过程,提出了可能的动力学模型。     

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。     

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．     

利用超快时间分辨技术对光系统Ⅱ核心天线CP43和CP47的动力学荧光光谱的分析

采用超快时间分辨荧光光谱装置对光系统Ⅱ核心天线CP43和CP47进行了研究 ,并在 5 14.5nm激光激发下获得了它们的动力学荧光光谱。CP43和CP47的荧光光谱范围分别为 6 40～ 780nm和 6 30～ 775nm ,并且它们分别在约 6 80nm和 6 91nm处有最大峰 ,在这两个峰值处的荧光寿命分别约为 3.5 4ns和 3.2 2ns。通过理论计算认为在CP43和CP47中 ,叶绿素a的荧光发射效率分别约为 38.3%和 40 .6 %。讨论了类胡萝卜素到叶绿素a分子的能量传递 ,认为在CP43和CP47中 ,类胡萝卜素到叶绿素a分子的能量传递时间常数分别为 9.6× 10 11s-1和 1.3× 10 12s-1,能量传递效率分别为 47.5 %和 6 6 .5 % ,并且估计在这两种核心天线中 ,类胡萝卜素分子和叶绿素a分子的外周间距分别约为 0 .110nm和 0 .0 85nm。     

光系统II核心天线CP43和CP47的分离纯化及光谱性质研究

采用ＤＥＡＥ－ＦｒａｃｔｏｇｅｌＴＳＫ６５０２阴离子交换树脂柱层析法从菠 菜中分离纯化了ＰＳＯⅡ核心天线复合物ＣＰ４３和ＣＰ４７,计算出每分子ＣＰ４３含１９－２０个Ｃｈｌａ和４－５个β－Ｃａｒ;     

Study on the Energy Transfer Process Between the Photosystem Ⅱ Reaction Center and Light-Harvesting System

The primary reaction kinetics of the photosystem Ⅱ particles isolated from spinach (Spinacia oleracea Mill. ) have been studied using the subpicosecond transient absorption technique. Three lifetime components, (0.76±0.50) ps, (8.70±2.00) ps and (138.00±20.00) ps, were obtained by the multi-exponential curval fitting. When the samples were exposed to strong light for one hour, only one component, 133 ps, was found. It was proposed that the 760 fs component was most probably attributed to the energy transfer from light-harvesting system to the reaction center.     

多管藻中R-藻蓝蛋白能量传递途径及动力学

以蛋白亚基复性技术和皮秒级时间分辨荧光光谱,研究海洋红藻多管藻中R－藻蓝蛋白（R－PC）单体和三聚体内能量传递过程。利用亚基复性技术对分离后的β亚基复性,以R－藻蓝蛋白单体和β亚基之间的差谱获得α亚基的吸收光谱。皮秒级时间分辨三维谱图（时间、波长和强度）直观地显示出藻红胆素发色团向藻蓝胆素发色团的能量传递;根据时间分辨测量结果的组份解析,对R藻蓝蛋白单体和三聚体内能量传递途径和相关传递参数进行了指认和讨论;对观察到的单体与三聚体能量传递组份特性的差别提出了解释。与C－藻蓝蛋白光谱对比,R－藻蓝蛋白独特的色团组成使其更有效地捕获与传递光能。     

蓝藻(A.variabilis)藻胆体核结构与功能的研究II.变藻蓝蛋白六聚体内能量传递过程的物理机制

以变藻蓝蛋白的晶体结构和光谱性质为基础,利用密度矩阵理论对变藻蓝蛋白六聚体内的激发能传递物理机制进行分析,并利用时间分辨荧光光谱技术对其能量传递途径进行实时探测。结果表明：在变藻蓝蛋白六聚体内,色素对（毗邻单体上的色素αｉ８４βｊ８４,其中ｊ＝ｉ±１,和β＊ＬＣＭ４２）内的能量传递服从激子偶极－偶极相互作用机制;而色素对之间的能量传递机制则为Ｆｒｓｔｅｒ偶极－偶极相互作用机制,并且其能量传递途径分为两类：（１）．两个变藻蓝蛋白三聚体之间色素对的能量传递,其时间常数大约为１５ｐｓ左右;（２）．同一变藻蓝蛋白三聚体内色素对间的能量传递,在ＡＰＩＩ三聚体内,其能量传递时间大约为４５ｐｓ左右,而在ＡＰＩ三聚体内,其能量传递时间常数为４５ｐｓ和６５ｐｓ。     

蓝藻(A.variabilis)藻胆体核结构与功能的研究II.变藻蓝蛋白六聚体内能量传递过程的物理机制

以变藻蓝蛋白的晶体结构和光谱性质为基础,利用密度矩阵理论对变藻蓝蛋白六聚体内的激发能传递物理机制进行分析,并利用时间分辨荧光光谱技术对其能量传递途径进行实时探测。结果表明：在变藻蓝蛋白六聚体内,色素对（毗邻单体上的色素αｉ８４βｊ８４,其中ｊ＝ｉ±１,和β＊ＬＣＭ４２）内的能量传递服从激子偶极－偶极相互作用机制;而色素对之间的能量传递机制则为Ｆｒｓｔｅｒ偶极－偶极相互作用机制,并且其能量传递途径分为两类：（１）．两个变藻蓝蛋白三聚体之间色素对的能量传递,其时间常数大约为１５ｐｓ左右;（２）．同一变藻蓝蛋白三聚体内色素对间的能量传递,在ＡＰＩＩ三聚体内,其能量传递时间大约为４５ｐｓ左右,而在ＡＰＩ三聚体内,其能量传递时间常数为４５ｐｓ和６５ｐｓ。     

Energy transfers from Photosystem II to Photosystem I in Cryptomonas rufescens (Cryptophyceae)

In Cryptomonas rufescens (Cryptophyceae), phycoerythrin located in the thylakoid lumen is the major accessory pigment. Oxygen action spectra prove phycoerythrin to be efficient in trapping light energy.The fluorescence excitation spectra at ?196°C obtained by the method of Butler and Kitajima (Butler, W.L. and Kitajima, M. (1975) Biochim. Biophys. Acta 396, 72–85) indicate that like in Rhodophycease, chlorophyll a is the exclusive light-harvesting pigment for Photosystem I.For Photosystem II we can observe two types of antennae: (1) a light-harvesting chlorophyll complex connected to Photosystem II reaction centers, which transfers excitation energy to Photosystem I reaction centers when all the Photosystem II traps are closed. (2) A light-harvesting phycoerythrin complex, which transfers excitation energy exclusively to the Photosystem II reaction complexes responsible for fluorescence at 690 nm.We conclude that in Cryptophyceae, phycoerythrin is an efficient light-harvesting pigment, organized as an antenna connected to Photosystem II centers, antenna situated in the lumen of the thylakoid. However, we cannot afford to exclude that a few parts of phycobilin pigments could be connected to inactive chlorophylls fluorescing at 690 nm.     

螺旋藻（Spirulina platensis）藻胆体在解离过程中荧光发射光谱和光能传递的研究

对螺旋藻（Ｓｐｉｒｕｌｉｎａｐｌａｔｅｎｓｉｓ）藻胆体在室温和７７Ｋ处于不同浓度磷缓冲溶液和不同解离时间的荧光发射光谱进行了研究。藻胆体在０．９ｍｏｌ／Ｌ磷酸缓冲溶液中,由于没有发生解离,光能传递效率高,在７７Ｋ荧光发射光谱中只有一个峰,位于６８７ｎｍ,属于别藻蓝蛋白－Ｂ。当藻胆体悬浮在０．３ｍｏｌ／Ｌ磷酸缓冲溶液中１分钟,７７Ｋ荧光光谱的主峰出现在６８４ｎｍ．又出现６５５ｎｍ和６６６ｎｍ荧光峰,它们依次属子Ｃ－藻蓝蛋白和别藻蓝蛋白。在２小时;６５５ｎｍ荧先峰成为主峰,６８４ｎｍ荧光峰为次峰,６６６ｎｍ荧光肩消失。这表明Ｃ－藻蓝蛋白所捕获的先能已不能传递给别藻蓝蛋白,但能传给别藻蓝蛋白－Ｂ。我们提出在螺旋藻藻胆体中存在两类Ｃ－藻蓝蛋白,一是与别藻蓝蛋白相连接,另一是与别藻蓝蛋白－Ｂ相连接。     

螺旋藻（Spirulina platensis）藻胆体在解离过程中荧光发射光谱和光能传递的研究

对螺旋藻（Ｓｐｉｒｕｌｉｎａｐｌａｔｅｎｓｉｓ）藻胆体在室温和７７Ｋ处于不同浓度磷缓冲溶液和不同解离时间的荧光发射光谱进行了研究。藻胆体在０．９ｍｏｌ／Ｌ磷酸缓冲溶液中,由于没有发生解离,光能传递效率高,在７７Ｋ荧光发射光谱中只有一个峰,位于６８７ｎｍ,属于别藻蓝蛋白－Ｂ。当藻胆体悬浮在０．３ｍｏｌ／Ｌ磷酸缓冲溶液中１分钟,７７Ｋ荧光光谱的主峰出现在６８４ｎｍ．又出现６５５ｎｍ和６６６ｎｍ荧光峰,它们依次属子Ｃ－藻蓝蛋白和别藻蓝蛋白。在２小时;６５５ｎｍ荧先峰成为主峰,６８４ｎｍ荧光峰为次峰,６６６ｎｍ荧光肩消失。这表明Ｃ－藻蓝蛋白所捕获的先能已不能传递给别藻蓝蛋白,但能传给别藻蓝蛋白－Ｂ。我们提出在螺旋藻藻胆体中存在两类Ｃ－藻蓝蛋白,一是与别藻蓝蛋白相连接,另一是与别藻蓝蛋白－Ｂ相连接。     

光合作用原初过程模型体系研究(Ⅲ).四苯基卟啉锌和苯醌间的光诱导电荷转移反应

测定了四苯基卟啉锌和苯醌的四氢呋喃除氧溶液在不同温度下的光诱导电子自旋共振谱,检测到的信号在—100℃时最强,且得到的信号是由苯醌负离子质子化的自由基产生.而没有得到卟啉正离子自由基信号.在体系中加入重原子化合物碘代苯后,信号强度显著减弱,说明离子自由基的产生或卟啉和醌间的电荷转移反应主要是通过卟啉化合物的激发一重态进行的.     

海生植物叶绿体膜中阳离子诱导激发能分配变化的静电控制与非静电控制的研究

用Ｃａ２＋和胰酶处理大叶藻（Ｚｏｓｔｅｒａｍａｒｉｎａ）和刺松藻（Ｃｏｄｉｕｍｆｒａｇｉｌｅ）叶绿体膜,研究了它们的类囊体膜多肽组分与Ｍｇ２＋诱导Ｃｈｌａ荧光和膜表面电荷变化之间的相互关系。观察到：（１）在大叶藻的叶绿体膜中,Ｍｇ２＋诱导ＰＳ－Ⅱ荧光强度的增高与其诱导类囊体膜表面电荷密度的降低密切相关;但这种相关性的效应不存在于刺松藻的叶绿体膜中。（２）用Ｃａ２＋处理这两种叶绿体膜分别除去其类囊体膜表面的３２－３４ＫＤ和３０－３１ＫＤ多肽,对上述Ｍｇ２＋诱导的现象无明显的影响。（３）用胰酶进一步消化这些Ｃａ２＋处理过的叶绿体膜分别除去其类囊体膜表面的２６ＫＤ和２３－２４ＫＤ多肽,那么在大叶藻的叶绿体膜中,Ｍｇ２＋诱导荧光和类囊体膜表面电荷变化的相关性效应则全部消失;但在刺松藻的叶绿体膜中,Ｍｇ２＋诱导荧光增高的效应完全消失,而Ｍｇ２＋诱导膜表面电荷变化的性质则保持不变。这些实验结果不仅证明,类囊体膜表面的２６ＫＤ和２３－２４ＫＤ多肽分别为大叶藻和刺松藻叶绿体膜中阳离子诱导激发能在ＰＳ－Ⅱ和ＰＳ－Ⅰ之间分配变化的特异性作用部位;而且说明阳离子调节激发能在这两个光系统之间分配的机理,在这两种海生植物的叶绿体膜中     

荧光能量转移和偏振研究小牛胸腺DNA与组蛋白在高低离子盐溶液中的离合

本文研究小牛胸腺DNA和组蛋白在体外低、高离子强度盐溶液中的动态缔合与解离。 实验结果是低离子溶液中荧光给体DANsyl-Cl-组蛋白在发射峰位上荧光强度降低,荧光受体吖啶橙-DNA在发射峰位上的荧光强度增高。此两峰位上荧光受体的荧光增量比值是2.7/1(大于1),有能量转移发生,DNA和组蛋白缔合。高离子溶液中两峰位上受体的荧光增量比值降到1.6/1,能量转移减少,DNA和组蛋白解离。 低离子溶液中所得的吖啶橙-DNA的荧光偏振度P值小而高离子溶液中的P值大。说明解离的DNA硷基排列比缔合的DNA硷基排列有序程度强,进一步证明低离子溶液中DNA和组蛋白是缔合的,而高离子溶液中它们是解离的。