叶绿体中活性氧的产生及清除

一、活性氧的产生高等绿色植物利用光能通过光系统Ⅱ的反应中心,将二分子H_2O光解,产生一分子O_2,同时产生四个电子。这些电子通过电子传递链还原光系统Ⅰ,最终还原电子受体NADP~+。此过程产生的氧气可以从类囊体中扩散进入到周围的介质中,有些释放到大气中,有些又被机体吸收利用进行正常的生命活动。     

天然生物地球电池效应、形成机制及生态学意义

天然生物地球电池(biogeobattery)是一种发生在地球表层氧化-还原界面的自然现象,是微生物在厌氧区域氧化有机碳、硫化物等电子供体,产生的电子经胞外介体"长距离"传输至好氧区,从而与空间上隔离的氧气等电子受体发生还原反应的过程。由于生物电流的偶联,使得过去认为因空间隔离而难以发生的氧化-还原反应,可以快速、即时的进行。Biogeobattery的科学本质是:通过微生物驱动电子流动,偶联空间上隔离的生物地球化学过程。Biogeobattery可能容易发生在有机物丰富、具备氧化-还原界面的生境,如海底沉积物环境、有机物污染区域等;它对于有机物厌氧矿化、温室气体排放、C/N/S等元素地球化学循环、污染物自然恢复等关键生物地球化学过程有重要影响,具有重大生态学意义,正成为地球科学、微生物学及生态学共同关注的国际前沿和热点。从"人工"biogeobattery(沉积物微生物燃料电池)入手,阐述了biogeobattery效应及其形成机制,从电池的电势、阴极-阳极响应关系、传导介质等方面详细介绍其研究方法,论述了biogeobattery的生态学意义,展望了研究重点。     

紫细菌反应中心中的超快能量传递过程

利用飞秒泵探测技术研究了紫细菌光合反应中心RS601中的超快能量传递过程,通过选择激反应中心中的不同色素,观察到了以不同色素为起点发生在飞秒时域的超快能量传递过程,从细菌去镁叶绿素H到辅助细胞叶绿素B的能量传递发生在约130fs时间尺度,而通过激发色素B则观察到了从B到原始电子供体P的约240fs的超快能量传递,另外,P激发态的超快弛豫过程则说明其上、下激子能级间存在超快的内转换过程,通过对不同色素激发态的能量弛豫过程的分析,说明由原初电子供体H的电子传递过在几个皮秒时间内完成,其中辅助细菌叶绿素B为该电子传递过程中间态。     

放氧复合物蛋白质组分的研究进展

绿色植物利用太阳能氧化水产生分子氧(光合裂解水)的反应是光合作用的一个基本过程.水经过此反应释出的氧气是地球上维持需氧生命的唯一氧气来源,释出的电子、质子为光合作用中后面步骤的进行所必需.人们对这个重要过程的认识需追溯到二百年前J.Priestley 和Ingen-Housz 的开拓性的工作.那时氧气尚未发现,Priestley 观察到植物有改善空气的功能,Ingen-Housz 并进一     

光合作用中光反应的机制和由来(3)

光合作用是地球上绝大多数生物赖以生存的生命活动。结合于蛋白质分子上的叶绿素辅基在受到光照时会射出电子,将结合于同一蛋白上的醌分子还原成为氢醌。氢醌分子中的高能电子再流过一条位于生物膜上的"电子传递链",其间释放的能量则被用于将氢离子从生物膜的一侧转移至另一侧,形成跨膜氢离子梯度。氢离子从膜的一侧流回另一侧时,就可驱动位于膜上的酶合成高能化合物三磷酸腺苷(ATP),为各种生命活动提供能量。叶绿素辅基射出的电子还可变为还原力强的氢原子,为细胞合成有机物所用。光合作用的过程虽然非常复杂,但其中的基本机制和成分早就在细菌中发展出来了。叶绿素可能是从合成血红素的化学反应链演变而来;进行光反应的蛋白,很可能是从原来电子传递链中直接与醌分子作用的细胞色素b变化而来;而光系统Ⅰ又从光系统Ⅱ演化而来。光合作用出现的时间非常早,发生在原核生物中的细菌与古菌分化之后的细菌中,又发生在细菌大规模分化之前,其间细菌之间的横向基因转移起了重要作用。从分子角度介绍光合作用中光反应的机制及其形成的过程。     

光合作用中光反应的机制和由来(5)

光合作用是地球上绝大多数生物赖以生存的生命活动。结合于蛋白质分子上的叶绿素辅基在受到光照时会射出电子,将结合于同一蛋白上的醌分子还原成为氢醌。氢醌分子中的高能电子再流过一条位于生物膜上的"电子传递链",其间释放的能量则被用于将氢离子从生物膜的一侧转移至另一侧,形成跨膜氢离子梯度。氢离子从膜的一侧流回另一侧时,就可驱动位于膜上的酶合成高能化合物三磷酸腺苷(ATP),为各种生命活动提供能量。叶绿素辅基射出的电子还可变为还原力强的氢原子,为细胞合成有机物所用。光合作用的过程虽然非常复杂,但其中的基本机制和成分早就在细菌中发展出来了。叶绿素可能是从合成血红素的化学反应链演变而来;进行光反应的蛋白,很可能是从原来电子传递链中直接与醌分子作用的细胞色素b变化而来;而光系统Ⅰ又从光系统Ⅱ演化而来。光合作用出现的时间非常早,发生在原核生物中的细菌与古菌分化之后的细菌中,又发生在细菌大规模分化之前,其间细菌之间的横向基因转移起了重要作用。从分子角度介绍光合作用中光反应的机制及其形成的过程。     

光合作用中光反应的机制和由来(2)

光合作用是地球上绝大多数生物赖以生存的生命活动。结合于蛋白质分子上的叶绿素辅基在受到光照时会射出电子,将结合于同一蛋白上的醌分子还原成为氢醌。氢醌分子中的高能电子再流过一条位于生物膜上的"电子传递链",其间释放的能量则被用于将氢离子从生物膜的一侧转移至另一侧,形成跨膜氢离子梯度。氢离子从膜的一侧流回另一侧时,就可驱动位于膜上的酶合成高能化合物三磷酸腺苷(ATP),为各种生命活动提供能量。叶绿素辅基射出的电子还可变为还原力强的氢原子,为细胞合成有机物所用。光合作用的过程虽然非常复杂,但其中的基本机制和成分早就在细菌中发展出来了。叶绿素可能是从合成血红素的化学反应链演变而来;进行光反应的蛋白,很可能是从原来电子传递链中直接与醌分子作用的细胞色素b变化而来;而光系统Ⅰ又从光系统Ⅱ演化而来。光合作用出现的时间非常早,发生在原核生物中的细菌与古菌分化之后的细菌中,又发生在细菌大规模分化之前,其间细菌之间的横向基因转移起了重要作用。本文从分子角度介绍光合作用中光反应的机制及其形成的过程。     

光合作用中光反应的机制和由来(1)

光合作用是地球上绝大多数生物赖以生存的生命活动。结合于蛋白质分子上的叶绿素辅基在受到光照时会射出电子,将结合于同一蛋白上的醌分子还原成为氢醌。氢醌分子中的高能电子再流过一条位于生物膜上的"电子传递链",其间释放的能量则被用于将氢离子从生物膜的一侧转移至另一侧,形成跨膜氢离子梯度。氢离子从膜的一侧流回另一侧时,就可驱动位于膜上的酶合成高能化合物三磷酸腺苷(ATP),为各种生命活动提供能量。叶绿素辅基射出的电子还可变为还原力强的氢原子,为细胞合成有机物所用。光合作用的过程虽然非常复杂,但其中的基本机制和成分早就在细菌中发展出来了。叶绿素可能是从合成血红素的化学反应链演变而来;进行光反应的蛋白,很可能是从原来电子传递链中直接与醌分子作用的细胞色素b变化而来;而光系统Ⅰ又从光系统Ⅱ演化而来。光合作用出现的时间非常早,发生在原核生物中的细菌与古菌分化之后的细菌中,又发生在细菌大规模分化之前,其间细菌之间的横向基因转移起了重要作用。本文从分子角度介绍光合作用中光反应的机制及其形成的过程。     

光合作用中光反应的机制和由来(4)

光合作用是地球上绝大多数生物赖以生存的生命活动。结合于蛋白质分子上的叶绿素辅基在受到光照时会射出电子,将结合于同一蛋白上的醌分子还原成为氢醌。氢醌分子中的高能电子再流过一条位于生物膜上的"电子传递链",其间释放的能量则被用于将氢离子从生物膜的一侧转移至另一侧,形成跨膜氢离子梯度。氢离子从膜的一侧流回另一侧时,就可驱动位于膜上的酶合成高能化合物三磷酸腺苷(ATP),为各种生命活动提供能量。叶绿素辅基射出的电子还可变为还原力强的氢原子,为细胞合成有机物所用。光合作用的过程虽然非常复杂,但其中的基本机制和成分早就在细菌中发展出来了。叶绿素可能是从合成血红素的化学反应链演变而来;进行光反应的蛋白,很可能是从原来电子传递链中直接与醌分子作用的细胞色素b变化而来;而光系统Ⅰ又从光系统Ⅱ演化而来。光合作用出现的时间非常早,发生在原核生物中的细菌与古菌分化之后的细菌中,又发生在细菌大规模分化之前,其间细菌之间的横向基因转移起了重要作用。从分子角度介绍光合作用中光反应的机制及其形成的过程。     

化能自养硫氧化细菌Halothiobacillus sp.LS2介导的以乙炔为电子受体的硫氧化反应

【目的】探究化能自养硫氧化细菌Halothiobacillus sp. LS2介导的以乙炔为电子受体的厌氧硫氧化反应。【方法】稀释涂布法测定细胞生长情况,离子色谱仪测试硫氧化动力学中SO_4~(2–)和S_2O_3~(2–)以及基于相对荧光定量法的基因表达分析。【结果】尽管菌株LS2在以氧气为电子受体时的最大反应速率V_(max)更高,但在厌氧条件下且以乙炔为电子受体时,菌株LS2的生长量是氧气为电子受体时的2倍,且硫氧化酶基因soxB的表达量显著高于氧气作为电子受体时。【结论】菌株LS2不仅可以以乙炔为电子受体完成厌氧硫氧化反应,且这一代谢过程的产能效率较有氧硫氧化过程更高。本研究首次发现了微生物介导的以乙炔为电子受体的厌氧硫氧化反应,对丰富硫的生物地球化学循环理论有积极意义。     

光合作用教学中几个表达方式的讨论

目前,植物生理学教材的光合作用部分中[1,2]有几处表达方式常使教师教学和学生学习发生困难。现将我们十几年来在教学中所用的表达方式和解释方法提出来供同行讨论,以使光合作用中的某些概念更加科学、严谨。1 光合作用总反应式的表达方式 我们认为用下面的表达方式较好： 4(H+-e)CO2+4H2O 8hv 绿色细胞 (CH2O+O2+2H2O+H2O) 这一方式可以准确、明了地表达： (1)植物光合作用的原料、动力、场所、产物和光合作用的氧化还原本质; (2)同化1分子CO2(或放出1分子O2)需要4分子的水光氧化,作为还原剂的水将其4(H++e)传给CO2从而还原CO2成糖,这个过程需要相当于8个光量子(∝8hr)的光能; (3)光合作用放出的氧气(O2*)来自原料水;     

再议用倒叙法讲解光合作用的过程效果好

笔者在阅读贵刊 1 999年第 9期“用倒叙法讲解光合作用的过程效果好”一文后 ,对打破教材顺序 ,突出光合作用核心用倒叙法取得良好效果颇有同感 ,但对文中的“从氧化还原的角度看 ,二氧化碳转变成糖类是什么过程 ?(学生应知道是二氧化碳被还原的过程 ) ,这个过程当然需要还原剂等教学设想认为欠妥当 :1 )光合作用的总反应式有涉及二氧化碳、水、葡萄糖等 ,他们很难从电子得失角度分析氧化还原反应。2 )高二学生在化学课到目前为止还没学过有机化学 ,从这个角度谈氧化还原反应 ,学生很难理解。笔者认为从氧化还原角度看二氧化碳转变成糖类可…     

厌氧氨氧化菌的中心代谢研究进展

摘要: 厌氧氨氧化是以NH +4为电子供体,以NO－2为电子受体产生N2的生物反应。厌氧氨氧化菌是厌氧氨氧化过程的执行者,在废水生物脱氮和地球氮素循环中扮演着重要角色。研究厌氧氨氧化菌的代谢特性,将有助于理解厌氧氨氧化过程,开发厌氧氨氧化工艺。厌氧氨氧化菌是化能自养型细菌,以CO2或HCO－3为碳源,并通过偶联NH+4氧化和NO －2还原的生物反应获得能量。在NH+4/NO－2的生物氧化还原反应过程中,检出了中间产物N2H4,但未检出其他中间产物(如NH2OH、NO)。此外,由基因组信息推断,厌氧氨氧化菌     

细菌nox基因研究进展

细菌nox基因编码合成一种含核黄素的NADH氧化酶,NADH氧化酶可催化双原子氧还原为H2O2或H2O,同时将NADH氧化为NAD+。该反应发生在多种代谢途径中,从而对细菌的氧化应激、菌膜形成、毒力调控及代谢产物生成等生理生化过程产生一系列影响。目前对高等动植物体中的nox基因及其编码的NADH氧化酶已有较深入的研究,但近年来一些研究表明,细菌nox基因的功能及作用通路与动植物体存在较大差异,因此,有必要详细了解细菌中nox基因和NADH氧化酶的具体作用机制及其对细胞产生的影响。综合分析近年来细菌nox基因及NADH氧化酶的研究成果,结合我们的研究,对目前存在的问题和未来的发展进行综述。     

典型胞外呼吸细菌的胞内电子转移机制研究进展

胞外呼吸在污染物的降解转化和微生物产电过程中具有重要作用。微生物进行胞外呼吸时,其电子受体多以固态形式存在于胞外,氧化产生的电子必须通过电子传递链从胞内经细胞周质转移到外膜。S.oneidensis MR-1与G.Sulfurreducens作为微生物燃料电池中最常用的模式菌株,是现阶段研究最深入和系统的胞外呼吸细菌,其胞内电子传递过程目前研究最为清楚。这两种胞外呼吸细菌的电子传递需多种细胞色素c的参与,S.oneidensis MR-1位于内膜及周质上的细胞色素c-Cym A和MtrA可将电子由内膜上的醌池通过周质到外膜蛋白MtrC和OmcA,MtrC和OmcA接收电子后可直接还原胞外受体,Type Ⅱ secretion system对外膜蛋白中的MtrC和OmcA起到了转运及定位的作用。而在G.sulfurreducens中,电子由MacA传递到PpcA,最终由外膜蛋白OmcB、OmcE、OmcS及OmcZ接受电子,并在Type Ⅳ pili的共同作用下将电子传递到胞外电子受体。本文最后指出目前对Shewanella与Geobacter胞内电子转移研究尚不清楚的地方提出展望。     

关于氧气与呼吸作用几个问题的解答

从生物能学角度、生物化学氧化还原电势角度及化学反应平衡角度,解释O2为什么会抑制无氧呼吸;同时对氧气为什么会“杀死”专性厌氧生物;厌氧生物对氧气的耐受性为何不一样做出了阐述。     

“废气不废”:气体信号分子硫化氢的研究进展

内源性气体信号分子的发现开辟了"废气不废"的新思路。硫化氢(hydrogen sulfide,H2S)是继一氧化氮(nitric oxide,NO)和一氧化碳(carbon monoxide,CO)之后的气体信号分子家系新成员。近年来,人们对H2S的内源性生成、生物学效应及其机制,特别是其在心血管、神经、呼吸、内分泌等系统的疾病发生、发展过程中的病理生理学意义进行了广泛研究。本文综述了近年来H2S相关基础、临床以及药学研究方面的进展,包括H2S对细胞增殖和凋亡、炎症反应、血管新生及离子通道的调节作用,H2S在各种系统疾病发病中的调节作用,H2S供体及其在药学领域的研究进展。     

胜利油田三区注水层微生物的活动

调查了胜利油田第三区油层排出水和原水样的微生物学和水化学的变化。结果指出:注入到油层的淡水,其水化学组份改变:SO_4~-和O_2消失,而矿化时,H_2S和HCO_3~-等增加。H_2S的最高含量大约是10.12毫克/升。已确认由硫酸盐还原菌和烃氧化菌组成的生物群落能在45℃以下生长,而油层的温度是70—80℃。因此,细菌的分布和活动仅发生在注水井的底部孔区周围。已发现1毫升地层水含有几千到几万硫酸盐还原菌和几百万烃氧化菌。细菌活泼发育带大约位于注入水井底部2.4—2.7米的范围内。 定期地在活泼发育带灭菌,可以破坏生物群落的形成,通过油田的实验,证明了其适应性。由于控制了微生物的生长,而使之能控制微生物堵塞和腐蚀,这对石油回收有着重要的意义。     

强光下硫化氢通过促进光系统Ⅱ的活性来缓解水稻的光抑制

以水稻品种‘II优084’为材料,测定了强光胁迫下,水稻光合速率、叶绿素荧光快速诱导曲线(OJIP)以及O2ˉ·和H2O2在水稻叶片中积累的影响。结果表明强光胁迫下,水稻的净光合速率及气孔导度下降;光系统II(PSII)反应中心关闭的比例以及电子传递链中光系统II受体侧原初醌受体(QA)的还原程度增加;PSII反应中心电子传递的量子产额、能量以及传递到下游电子链的比率下降;光抑制下PSII的过剩能量向PSI的状态装换减少;自由基的产生增加。而施加作为硫化氢(H2S)供体的外源硫氢化钠(NaHS)后,上述影响PSII活性的指标的负变化被缓解,捕光天线复合体LHC通过在两个光系统之间的移动,来调节两个光系统的能量分配。强光下H2S处理能促进LHC离开PSII,与PSI结合,从而减少PSII分配的激发能,增加PSI分配的激发能,缓解了PSII的过度还原。以上结果表明外源H2S通过促进PSII的光合活性来缓解水稻光抑制伤害。     

强光下硫化氢通过促进光系统II的活性来缓解水稻的光抑制

以水稻品种‘II优084’为材料,测定了强光胁迫下,水稻光合速率、叶绿素荧光快速诱导曲线（OJIP）以及O2ˉ·和H2O2在水稻叶片中积累的影响。结果表明强光胁迫下,水稻的净光合速率及气孔导度下降;光系统II（PSII）反应中心关闭的比例以及电子传递链中光系统II受体侧原初醌受体（QA）的还原程度增加;PSII反应中心电子传递的量子产额、能量以及传递到下游电子链的比率下降;光抑制下PSII的过剩能量向PSI的状态装换减少;自由基的产生增加。而施加作为硫化氢（H2S）供体的外源硫氢化钠（NaHS）后,上述影响PSII活性的指标的负变化被缓解,捕光天线复合体LHC通过在两个光系统之间的移动,来调节两个光系统的能量分配。强光下H2S处理能促进LHC离开PSII,与PSI结合,从而减少PSII分配的激发能,增加PSI分配的激发能,缓解了PSII的过度还原。以上结果表明外源H2S通过促进PSII的光合活性来缓解水稻光抑制伤害。