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。     

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。     

Mn、Ca阳离子在菠菜PSII颗粒氧化水中的作用

用Triton X-100处理菠菜叶绿体,获得一个基本不含PSⅠ成分、而具放氧活性的PSⅡ颗粒。最适pH移至6.9,超过pH7.2就发生凝集,在照光下只形成很小或不形成H~+梯度,只有微弱的毫秒延迟荧光发射,老化和解联剂都不加速电子传递。 Mn、Ca阳离子促进PSⅡ颗粒的放氧和H~+释放,两者作用不能叠加。Mn离子只作用于活化的PSⅡ颗粒,对叶绿体和部分失活的PSⅡ颗粒无效。Ca离子对叶绿体、PSⅡ颗粒或部分失活的PSⅡ颗粒,都有相同程度的促进效应。     

抑制剂K—23对菠菜光系统Ⅱ放氧活性和希尔反应的影响

研究了新的抑制剂K_2 3对波菜 (SpinaciaoleraceaMill.)PSⅡ放氧活性和 2 ,6_dichlorophenolindophenol (DCIP)光还原活性的影响。研究发现 :抑制剂K_2 3在低浓度时对PSⅡ放氧活性有明显促进作用 ,而对DCIP光还原活性的促进作用不太明显。在高浓度时抑制PSⅡ放氧活性和DCIP光还原。对K_2 3的抑制部位进行了初步探讨。     

抑制剂K-23对菠菜光系统Ⅱ放氧活性和希尔反应的影响

研究了新的抑制剂K-23对波菜(Spinacia oleracea Mill.) PSⅡ放氧活性和2,6-dichlorophenol indophenol(DCIP)光还原活性的影响.研究发现:抑制剂K-23在低浓度时对PSⅡ放氧活性有明显促进作用,而对DCIP光还原活性的促进作用不太明显.在高浓度时抑制PSⅡ放氧活性和DCIP光还原.对K-23的抑制部位进行了初步探讨.     

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。     

光系统Ⅱ颗粒的多肽组成分析和重组后的放氧活性

菠菜和青菜PSⅡ颗粒的多肽组成有差别,主要表现在27—17kD区带之间。PSⅡ颗粒经1或2mol/LNaCl洗涤,引起17,23kD多肽的丢失,但仍然保持部分放氧活性。1mol/LCaCl_2洗涤引起17,23,33kD多肽的丢失,放氧活性全部丧失。2.5mol/L urea处理使33,17kD多肽全部丢失和23kD多肽部分丢失,同时放氧活性也完全丧失。各种处理的PSⅡ颗粒,经多肽重组后都能部分恢复放氧活性。Ca~(2+)可取代17,23kD多肽而部分恢复NaCl洗涤后PSⅡ的放氧活性,但Mn~(2+),Mg~(2+),Cu~(2+)则不能。     

睡莲和菠菜光合膜光化学活性及多肽组分的比较

比较分析了水生植物睡莲及陆生植物波菜类囊体膜ＰＳＩ,ＰＳⅡ电子传递活性,吸收光谱,室温荧光发射光谱等光化学特性及类囊体膜的多肽组分。结果显示：睡莲类囊体膜ＰＳＩ,ＰＳⅡ电子传递活性相对较弱,分别对菠菜的６０．２１％和７０．８２％,其室温吸收光谱蓝紫光区域吸收较弱,没有明显的吸收峰,红光区域的吸收光谱和菠菜相似;     

水葫芦及菠菜光合作用原初光反应的超快光谱研究

采用相同的分离技术,从水葫芦(Eichhornia crassipes(Mart)Solms.)和菠菜(Spinacia oleracea L.)叶片中提取叶绿体.利用吸收光谱和低温荧光光谱及皮秒荧光单光子计数技术对它们的光谱性质和光系统Ⅱ荧光寿命进行了研究.这两种叶绿体吸收光谱相似,暗示着它们都能高效吸收不同波长的光子.低温荧光光谱显示,水葫芦叶绿体两个光系统之间激发能分配平衡状态差,表明不利于该植物叶绿体高效利用吸收的光子能.采用三指数动力学模型对测定的光系统Ⅱ荧光衰减曲线拟合,水葫芦叶绿体光系统Ⅱ荧光衰减寿命分别是:138,521和1 494 ps;菠菜叶绿体荧光寿命分别是:197,465和1 459ps.并且归属了荧光组分,慢速度荧光衰减是由叶绿素堆积造成的,中等速度荧光衰减源于PSⅡ反应中心重新结合电荷组分,快速度荧光衰减归属于PSⅡ反应中心组分.基于20ps模型计算的水葫芦和菠菜叶绿体PSⅡ反应中心激发能转能效率分别是87%和91%.该结果与转能效率为100%的观点不一致.实验结果支持PSⅡ反应中心电荷分裂20 ps时间常数模型.根据转能效率,水葫芦生长速度不大于菠菜生长速度,但是,水葫芦叶绿体中含有丰富的胡萝卜素成分,其单位质量叶绿体吸收光能大于单位质量菠菜叶绿体吸收的量.实验结果还暗示植物叶绿体体系传能高效,接近于100%.     

钙离子对PSII颗粒放氧活性的影响

外加5 mmol/L Ca~(2 )可以使菠菜PSⅡ颗粒的放氧活性增高。PSⅡ颗粒经EGTA透析、低pH值、光照、2 mol/L NaCl等处理后,放氧活性下降,同时,这些颗粒的钙含量也相应降低。但当外加 5 mmol/L Ca~(2 )时,可使这些颗粒全部或部分地恢复放氧活性。PSⅡ颗粒中存在的钙对放氧起着重要作用;钙在PSⅡ颗粒中的结合位点不止一个,其结合状态有紧密和松散之别。     

镁离子对菠菜、阴生植物(吊兰、一叶兰)叶绿体DCIP光还原活性及表观吸收光谱的影响

一、阳生植物(菠莱)叶绿体的 DCIP光还原活性显著高于阴生植物(吊兰、一叶兰)。Mg~( )离子对此三种叶绿体的CDIP光还原活性都有促进,而且对阴生植物促进得更显著些。 二、在饱和强度激发光下,Mg~( )离子对菠莱和一叶兰叶绿体DCIP光还原活性的促进,都比弱光下多。在限制速率激发光下,Mg~( )离子对阴生植物的促进,比阳生植物更显著。 三、Mg~( )离子对菠莱、一叶兰、吊兰叶绿体表观吸收光谱的影响是类似的。Mg~( )离子使光谱显著变平。 四、比较了吸收光谱和差异光谱。Mg~( )离子引起吸收降低最大的位置,不在峰上,而略有蓝移(3nm左右)。 五、观察了Mg~( )离子对菠菜叶绿体表观吸收影响的动态过程。峰和肩处的吸收随时间逐渐下降,在吸收小的波段,最初几分钟内吸收上升,以后逐渐下降,甚至低于对照。 六、在菠莱叶绿体老化过程中,Mg~( )离子对表现吸收光谱的影响,随着时间的延长(如一昼夜)而减少,而对DCIP光还原活性的促进,不但不减小,反而加强了。 七、我们的结论是:Mg~( )离子促进了阳生植物和阴生植物叶绿体与PSⅡ有关反应(DCIP光还原反应)的活性,诱导了这些叶绿体结构的变化。     

融合膜中PSⅡ激发的电子推动嵴膜的电子传递和磷酸化

利用毛地黄苷从菠菜叶绿体类囊体膜制备了PSⅡ颗粒,氧化还原差示光谱及SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳结果表明其具备PSⅡ的典型特征,它具有从水氧化到质醌还原的酶活性。从大豆磷脂用超声法制备了脂质体。从鼠肝线粒体分离了嵴膜。将制备的PSⅡ颗粒预组装于脂质体,然后将此预组装物(PSⅡ—PL)再与嵴膜组合,此膜系于光下获得了相当量的ATP合成,证明了融合膜中PSⅡ电子传递可推动嵴膜的电子传递和磷酸化机构合成ATP。     

NaCl(2 mol/L)处理PSⅡ颗粒的Ca~(2+)重结合

回加Ca~(2+)对 NaCl(2 mol/L)处理菠菜PSⅡ颗粒放氧活性的作用表现出有两种K_m值分别为 0.021和 0.545 mmol/L的高亲和与低亲和的Ca~(2+)重结合过程。高浓度NaCl和低 pH(3.0)处理去Ca的 PSⅡ颗粒的光抑制放氧活性半衰期(t_(1/2))明显减小。重结合Ca~(2+后,虽然大部办丧失的放氧活性可恢复,但PSⅡ颗粒放氧活性对光抑制的敏感性却并不随之恢复,t_(1/2)无明显改变。显然,重组Ca~(2+)的结合状态和作用与PSⅡ颗粒原有的结合Ca不完全相同。     

亚硫酸对ＰＳII颗粒活性的伤害及Ca2+的影响

PSⅡ1)颗粒的荧光产值依SO32-浓度和处理时间的增加而减少,pH7.3以上受害严重;SO32-对新鲜叶绿体的光化学活性不产生伤害,对老化叶绿体伤害严重,其叶绿素的分解速度低于DCIP2)光还原的降低速度。Ca2+能减轻或消除SO32-对叶绿体的伤害;对于PSⅡ颗粒则有加剧SO32-伤害的作用,其规律可用Logistic方程表示。     

龙须菜叶绿素-蛋白复合物的分离及鉴定

以海洋经济海藻--龙须菜(Gracilarialemaneiformis)为材料,机械破碎与超声波相结合破碎这种含胶量非常多的细胞,蔗糖密度梯度超速离心纯化其类囊体膜,去垢剂Triton X-100增溶纯化的类囊体膜,再用蔗糖密度梯度超速离心方法分离其叶绿素-蛋白质复合物.P700差示光谱鉴定分离的光系统Ⅰ(PSⅠ)颗粒,并且检测到了具有DCIP光还原活性的光系统Ⅱ(PSⅡ)颗粒.结果表明,尽管海藻类囊体膜增溶困难,但只要条件合适,可以得到具有活性的光系统颗粒.     

龙须菜叶绿素- 蛋白复合物的分离及鉴定

以海洋经济海藻——龙须菜（Gracilaria lemaneiformis）为材料,机械破碎与超声波相结合破碎这种含胶量非常多的细胞,蔗糖密度梯度超速离心纯化其类囊体膜,去垢剂Triton X-100增溶纯化的类囊体膜,再用蔗糖密度梯度超速离心方法分离其叶绿素-蛋白质复合物。P700差示光谱鉴定分离的光系统Ⅰ（PSⅠ）颗粒,并且检测到了具有DCIP光还原活性的光系统Ⅱ（PSⅡ）颗粒。结果表明,尽管海藻类囊体膜增溶困难,但只要条件合适,可以得到具有活性的光系统颗粒。     

亚硫酸对PSⅡ颗粒活性的伤害及Ca~(2 )的影响

PSⅡ颗粒的荧光产值依SO_3~(2-)浓度和处理时间的增加而减少,pH7.3以上受害严重;SO_3~(2-)对新鲜叶绿体的光化学活性不产生伤害,对老化叶绿体伤害严重,其叶绿素的分解速度低于DCIP光还原的降低速度。Ca~(2 )能减轻或消除SO_3~(2-)对叶绿体的伤害;对于PSⅡ颗粒则有加剧SO_3~(2-)伤害的作用,其规律可用Logistic方程表示。     

蓝藻藻胆体与菠菜光系统Ⅱ颗粒之间的能量传递

制备了嗜热蓝藻优雅粘囊藻（ＭｙｘｏｓａｒｃｉｎａｃｏｎｃｉｎｎａＰｒｉｎｔｚ）的藻胆体和菠菜（ＳｐｉｎａｃｉａｏｌｅｒａｃｅａＭｉｌ．）的光系统Ⅱ颗粒,测定了它们的吸收光谱和低温荧光光谱。研究了藻胆体与菠菜光系统Ⅱ颗粒的能量传递。发现藻胆体不仅能将吸收的光能有效地传递给菠菜的光系统,而且能量传递的效率随着反应体系离子强度的升高而升高（ＫＨ２ＰＯ４,０１～０．５ｍｏｌ／Ｌ）。用５５８ｎｍ的光激发,可以测到菠菜光系统Ⅱ颗粒的放氧活性显著升高,进一步表明藻胆体可以将激发能传递给菠菜的光系统Ⅱ。     

高等植物光系统Ⅱ中强光照射产生地超氧阴离子自由基的ESR探索

利用自旋捕捉电子顺磁共振(ESR)的方法对从菠菜叶绿体中分离提纯的光系统Ⅱ(PSⅡ)颗粒产生Q2的机理进行了直接检测.通过对样品充氧、加入超氧化物歧化酶(SOD)抑制剂四氰乙烯(TCNE)以及原位光照检测ESR信号等手段,在PSⅡ中检测到O2与DMPO加合物的特征ESR信号.而在没有SOD抑制剂的情况下,光照时PSⅡ中O2与DMPO加合物浓度显著下降.进一步实验发现PSⅡ中O2产率与氧分子浓度直接正相关.O2产率还具有pH值依赖性,在pH值为6.0～6.5范围内,O2产率最高,大于此范围时则呈显著下降趋势.而PSⅡ颗粒的Tris处理也将导致O2产率的急剧减少.以上结果证实水裂解放氧十分活跃的PSⅡ也是高等植物叶绿体在光照下产生活性O2的主要部位,通常大部分的O2能被内源SOD清除,且O2的生成与PSⅡ的电子传递活性密切相关.     

高等植物光系统Ⅱ中强光照射产生

利用自旋捕捉电子顺磁共振(ESR)的方法对从菠菜叶绿体中分离提纯的光系统Ⅱ(PSⅡ)颗粒产生Q2的机理进行了直接检测.通过对样品充氧、加入超氧化物歧化酶(SOD)抑制剂四氰乙烯(TCNE)以及原位光照检测ESR信号等手段,在PSⅡ中检测到O2与DMPO加合物的特征ESR信号.而在没有SOD抑制剂的情况下,光照时PSⅡ中O2与DMPO加合物浓度显著下降.进一步实验发现PSⅡ中O2产率与氧分子浓度直接正相关.O2产率还具有pH值依赖性,在pH值为6.0～6.5范围内,O2产率最高,大于此范围时则呈显著下降趋势.而PSⅡ颗粒的Tris处理也将导致O2产率的急剧减少.以上结果证实水裂解放氧十分活跃的PSⅡ也是高等植物叶绿体在光照下产生活性O2的主要部位,通常大部分的O2能被内源SOD清除,且O2的生成与PSⅡ的电子传递活性密切相关.