乙醇对菠菜叶绿体的光合作用的影响

乙醇对菠菜离体叶绿体光合作用过程的许多功能有明显的影响。反应液中乙醇浓度在0.5～10％时,随乙醇浓度的增加,对电子传递,光合磷酸化,高能态形成和光下pH上升的抑制效应也增加。乙醇对高能态形成的抑制作用最为明显,并且在光阶段加入乙醇的抑制作用大于暗阶段的作用,还促进了高能态在暗中的衰变。当反应液中乙醇浓度超过了2％时,它对Mg~( )—ATP酶的活力也表现出抑制作用。乙醇是通过影响叶绿体类囊体膜而起作用的。     

叶绿体结构和功能的研究——Ⅳ、红霉素对叶绿体能量转换的效应

研究了红霉素对叶绿体能量转换的效应,获知:10(-4)M红霉素抑制循环和非循环光合磷酸化,这种抑制是与反应底物ADP非竞争性的。在抑制ATP合成的浓度范围内,红霉素对基础电子传递的速率并无影响,但它抑制因偶联磷酸化而促进的那部分电子传递。红霉素还抑制膜上Mg~(2 )-ATP酶的活性。以上结果表明,红霉素似有光合磷酸化能量传递抑制剂的特点,它的作用部位可能接近膜上CF_2,或ATP酶的催化部位。     

草甘膦对叶绿体能量转换的影响

除草剂草甘膦抑制植物叶绿体光合磷酸化活力,促进希尔反应活力,表现出明显的解偶联效应。它对叶绿体膜上腺三磷酶(ATPase)活力也起抑制效应,说明ATP合成被抑制不是由ATP酶活力变化所引起。这种解偶联现象主要是因光下质子转移受到抑制,在较低浓度的草甘膦影响下,先抑制质醌转移的质子进入膜内腔,浓度增加到20 mM,对水释放质子也有抑制。所以草甘膦对叶绿体能量转换的影响主要反映在质子转移被抑制,引起磷酸化活力受抑制。     

叶片预照光对光合磷酸化和电子传递偶联效率的促进作用

菠菜叶片经预照光处理后提取的叶绿体,不但光合磷酸化活力增加,而且偶联效率P/O也提高,其提高P/O的作用与多粘菌素的作用不能叠加,叶片预照光可能通过使偶联因子产生漏能减少的变构而提高p/O的。用两阶段光合磷酸化法测得叶片预照光,在促进光合磷酸化时也能促进高能态积累。用CF_1抗体,NEM和五羟黄酮等处理叶绿体的研究表明,叶片预照光引起CF_1的构象变化——γ,亚单位上的SH基内埋而α.β亚单位上的催化中心却更加暴露。活体中的P/O值也许会比一般离体的高。     

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。     

水分胁迫对甘薯叶肉细胞光合电子传递的影响

水分胁迫降低了甘薯叶肉细胞的光合能力。在有解偶联剂存在时,水分胁迫对叶肉细胞的光合电子传递没有影响,但在无解偶联剂存在下,水分胁迫促进了甘薯叶肉细胞的光合电子传递,表现出明显的解偶联效应。水分胁迫伤害了甘薯叶绿体偶联因子结构,使ATP合成受阻,叶肉细胞的光合滞后期加长。     

光合磷酸化偶联机制的研究——高能态与光合磷酸化的关系

我们进一步研究了叶绿体照光时形成的高能态与光合磷酸化的关系。结果如下:恒态下,苯二胺等弱有机碱可大大促进高能态(Z~*)的积聚。但是在起始时间内与对照相比,Z~*的形成却被显著抑制,而对光合磷酸化(PSP)活力影响很小。这说明这时推动ATP形成的动力可由⊿H~+以外形式的高能态来提供。当叶绿体照光时,分别用可去除类囊体膜内外AH~+的解联剂NH_4Cl或可消除电位差(⊿E)的载离子体短杆菌环肽(G·D)处理,或者共同作用,Z~*的形成几平全被抑制,而PSP活力仍有少量残留。说明有AH~+、⊿E以外形式的高能态的存在,以推动ATP形成。叶绿体在预照光时加入无载体~(32)P_i,形成了Z～~(32)p。实验表明这Z～~(32)P可能是类囊体内源ATPb在光下磷酸化或ATPb与~(32)Pi交换的产物~(32)P～ATP。Z～~(32)P的形成不受NH_4Cl或G.D的抑制,即在去除AH~+或⊿E之后,~(32)P_i仍能参入CF_1上的结合态核苷酸形成ATP,说明CF_1构型变化所需的能最供给有的不是以AH~+或⊿E形式,设想有一种膜上高能态(M~*)直接参与。这M~*的性质及其在光合作用能量转化过程中的意义将有待深入研究。     

完整叶绿体中的NADP及NADPH测定

NADP是植物体内重要的氢递体,叶绿体通过光合电子传递和偶联光合磷酸化反应形成NADPH和ATP,再利用它们去同化CO_2。因此对光合器官内NADP及NADPH的含量分析,在光合作用研究中显得十分重要。一般测定NADPH形成的非循环光合电子传递活性时,是在无被膜的离体叶绿体反应系统中加入外源NADP及铁氧还蛋白,光还原形成的NADPH的量直接由波长340     

醋酸酐对叶绿体偶联因子的化学修饰效应

醋酸酐处理叶绿体导致与偶联因子有关的部分反应不可逆的失活,这些反应包括偶联的电子传递、光合磷酸化、膜上腺三磷酶活性、~(32)P?ATP交换和质子吸收。低浓度醋酸酐处理叶绿体,只抑制偶联的电子传递而不影响基础电子传递,表明能量转换的偶联机构对醋酸酐的化学作用更为敏感。膜上偶联因子在合成、水解和交换腺三磷的能力上,均因醋酸酐的作用而减弱。偶联因子中具有这些能力的活性部位可能就是醋酸酐的作用靶子。利用在不同pH的反应介质中测最大反应速度而求出参与酶活性中心的氨基酸pK估计值的方法,认为醋酸酐可能修饰了膜上偶联因子活性部位的氨基残基。     

光合磷酸化偶联机制的研究——C_4植物鞘细胞与叶肉细胞叶绿体光合磷酸化与高能态的关系

用去除类囊体膜内外质子梯度(⊿H~+)的解联剂氯化铵(NH_4Cl)或尼日利亚菌素(nigericin+KCl),以及去除膜电位(⊿φ)的载离子体短杆菌肽(gramicidin D)和缬氨霉素(valinomycin+KCl)等解联剂,观察和比较了它们对玉米鞘细胞和叶肉细胞叶绿体光合磷酸化(PSP)反应的影响。在恒态照光下,发现氯化铵对叶肉细胞叶绿体光合磷酸化反应的抑制作用比鞘细胞叶绿体光合磷酸化反应要强烈得多。gramicidla D对这两种叶绿体的作用与NH_4Cl作用则相反,它对鞘细胞叶绿体磷酸化反应的抑制远比对叶肉细胞叶绿体磷酸化反应的抑制作用强烈。缬氨霉素对叶肉细胞叶绿体PSP活力无显著的影响,但对鞘细胞叶绿体PSP活力有明显的抑制作用。说明在恒态下这种叶肉细胞叶绿体的PSP反应中驱使ATP形成的PMF主要由(⊿H~+)组成,鞘细胞叶绿体中推动ATP形成的PMF主要组成为⊿φ。叶肉细胞叶绿体在氯化铵和短杆菌肽共同作用下它的PSP反应几乎完全被抑制,而鞘细胞叶绿体的PSP反应还残留为对照的23％。在⊿H~+和⊿φ完全消失的情况下,鞘细胞叶绿体仍能形成相当数量的ATP。这种现象再次说明可能还有一种不以膜内外势差(⊿H~+,⊿φ)形式的膜上高能态存在,这种高能态可直接推动ATP形成。     

蛇毒对菠菜完整叶绿体的作用

用眼镜蛇(Naja naja)蛇毒或由此提取的磷脂酶 A 处理菠菜离体叶绿体,可抑制光合电子传递及光合磷酸化活力。加入人工电子供体 DCPIPH_2或 TMPDH_2后,可测到 NADP 或 MV 光还原,且不受 DCMU 抑制。加入人工电子受体 BQ 或 TQ,能恢复叶绿体的放氧活力,仍偶联有磷酸化作用,但受 DCMU 的抑制。这表明蛇毒抑制的叶绿体可以分别测到光系统Ⅰ及光系统Ⅱ的电子传递。抑制作用是切断了两个光系统之间的电子传递,其抑制部位可能在质醌附近。电子显微镜形态观察指出,蛇毒对叶绿体片层结构的破坏过程,可以与功能上的失活对应起来。     

寡霉素对叶绿体质子传导的作用

在叶绿体中,寡霉素具有加速类囊体内部质子(H~ in)流出的作用,相应地加速光合磷酸化高能态的暗衰变;寡霉素完全不能恢复叶绿体残缺膜在光下形成膜内外质子浓度梯度的作用,它对H~ in流出的加速,不是由于对类囊体膜透性的影响,而是影响于ATP酶复合体的质子传导。由于这种加速作用,导致类囊体在光下形成的膜内外质子浓度梯度的降低,从而抑制了光合磷酸化活力。 可溶性的CF_1经用DTT或胰蛋白酶活化后所表现出的Ca~( )ATP酶活力对寡霉素敏感不同,DTT活化者受寡霉素的抑制,而胰蛋白酶活化者则不敏感。说明它的作用部位是在CF_1上而不在CF_0上,而且可能与胰蛋白酶活化时切去的多肽有关。 寡霉素对电子传递有一抑制作用部位,但其作用较轻微。     

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.     

类囊体膜的能化状态与光合磷酸化反应活化能的关系

在0～28℃范围内测定了菠菜离体叶绿体的光合电子传递和磷酸化反应的活化能。发现叶绿体处于解联状态时,Hill反应的Arrhenius图在7～8℃处呈现出活化能改变的折点。叶绿体在光下的能化状态由于加入ADP及Pi进行磷酸化反应而消除时,活化能的折点依然在8℃附近呈现,表明活化能折点的出现与光合膜能化状态消失有关。不同光系统的电子传递和磷酸化反应的Arrhenius图表明,活化能折点的出现主要发生在与PS-Ⅱ有关的反应中,而与PS-Ⅰ反应的关系不大。     

金霉素促进光合磷酸化机理的再探

在叶绿体经TPCK—trypsin光下修饰后,电子传递加速、磷酸化解联、膜上偶联因子Mg~(2+)—ATP酶活力促进的条件下,用金霉素处理叶绿体,能降低TPCK—trypsin 对磷酸化的解联程度,部分降低膜上Mg~(2+)—ATP酶的激活。在NEM及TPCK—trypsin共同存在时,金霉素处理仍能部分恢复磷酸化活力。进一步证明了金霉素是作用在偶联因子上的γ亚单位或其邻近部位,使之减少能量耗散而提高磷酸化活力.     

循环光合磷酸化和光合作用

光合作用被称为"地球上最重要的化学反应",其二氧化碳同化是由还原辅酶II(NADPH)和腺三磷(ATP)来推动的。ATP主要来源于非循环光合磷酸化和循环光合磷酸化,但以往研究集中在前者。21世纪以来,随着测定技术的发展和多条与循环光合磷酸化有关的电子传递途径的发现,循环光合磷酸化的重要性和功能引起了极大地关注。该文作者结合自己实验室的相关的研究,围绕循环光合磷酸化的发现和重要性、同化力两个组分的比例与促进光合磷酸化提高光合作用的途径进行探讨,为进一步深入研究提供参考。     

(Zn·Cd)S:Ag-KI催化的光合磷酸化

以半导体材料(Zn·Cd)S:Ag-KI为催化剂,在普通卤钨灯光照射下,成功地模拟了光合作用的光合磷酸化.文章报导了光强、照光时间、ADP浓度、Pi浓度及催化剂量等对ATP合成的影响.在合适的条件下,ADP浓度为1×10~(-3)mmolL时转化率可达到4-6°.最后有一简单讨论.     

NaCl及KCl对叶绿体膜上偶联因子腺三磷酶活力的调节

在不外加Mg~(2 )的条件下,激活液中加入30 mMNaCl或15 mM KCl,能促进叶绿体膜上偶联因子的腺三磷酶活力。其促进程度与叶绿素浓度、反应底物ATP浓度及DTT的存在有关。但此促进现象可被加入低浓度的EDTA所消除,NaCl及KCl可将叶绿体内含有的内源或结合态的Mg~(2 )释放出来,有活化腺三磷酶的作用。     

多粘菌素B对光合磷酸化的促进作用

多粘菌素B在低浓度的磷酸盐存在下,抑制光合磷酸化和电子传递,但在较高浓度的磷酸盐存在下,却能促进光合磷酸化和提高P/O值。多粘菌素B在促进光合磷酸化时与无机磷酸之间存在着类似竞争的关系,并显示出能增加叶绿体的毫秒延迟发光和用中性红表示的类囊体膜内外的pH变化,多粘菌素B亦能促进光下的ATP_P_j交换。根据上述实验结果;我们推测多粘菌素B在类囊体膜上可能有两个作用部位,一个在类囊体膜上,另一个在偶联因子(CF_1)的β亚单位上。     

氯丁唑和咪唑对叶绿体能量转换反应的效应

比较了氯丁唑和咪唑对叶绿体能量转换各步骤反应的效应,氯丁唑抑制光合基础的和偶联的电子传递,氯化铵可部分解除偶联的电子传递的抑制;咪唑促进基础电子传递。两者均抑制光合磷酸化、9-氨基吖啶荧光猝灭和膜上腺三磷酶活性。氯丁唑抑制质子吸收,促进游离腺三磷酶活;咪唑促进质子吸收,也促进游离腺三磷酶的活性。由此提出,氯丁唑具有能量传递抑制剂的特征,咪唑似解联剂。