低叶绿素b水稻突变体类囊体膜的比较蛋白质组学

采用蓝绿温和胶凝胶电泳(blue-nativepolyacrylamidegel-electrophoresis,BN-PAGE),以及改进的第二向SDS-PAGE分离了水稻低叶绿素b突变体ZH249-Y和野生型ZH249-W类囊体膜蛋白复合物,系统比较了突变体和野生型各复合物亚基的表达差异.结果显示,第一向BN-PAGE分离了PSⅠ-LHCⅠ、LHCⅠ缺失的PSⅠ、ATP合成酶、细胞色素b6f、CP43缺失的PSⅡ及LHCⅡ六种复合物.上述各复合物经第二相SDS-Urea-PAGE分离后,利用胶内酶解,高效液相层析分离肽段,电喷雾串联质谱鉴定了复合物的亚基.结合免疫印迹研究,证明和野生型相比,突变体光系统Ⅱ捕光天线复合体的表达量适度下降,但光系统Ⅰ捕光天线破坏严重,同时光系统Ⅱ核心蛋白和ATP合成酶的表达量上升.研究结果对揭示低叶绿素b水稻突变体较高光化学效率和光稳定性的分子基础提供了线索,同时也表明,改进的BN/SDS-PAGE双向电泳不仅可以有效地分离膜蛋白复合物及亚基,也可以进行不同生理条件下,或野生型和突变体之间膜蛋白质组的比较研究.     

海洋管藻目绿藻刺松藻光系统Ⅰ复合物的分离

采用Triton X-100蔗糖密度梯度离心法,从管藻目绿藻刺松藻中分离到三种不同形式的光系统Ⅰ（PSⅠ）复合物.区带Ⅲ富含PSⅠ核心复合物（CCⅠ）,叶绿素（Chl）a/b＞20,在温和的聚丙烯酰胺凝胶电泳（PAGE）中只显示一条PSⅠ中心复合物CPⅠ条带.区带Ⅳ和Ⅴ在436和674 nm、467和650 nm以及540 nm的吸收表明,含有Chl a、b及管藻黄素和管藻素,Chl a/b比值分别为3.23和2.4.经PAGE检测,有CPⅠ和CPⅠa两种PSⅠ色素蛋白复合物带,因此区带Ⅳ和Ⅴ是由CCⅠ和含量不等的捕光复合物LHCⅠ构成的PSⅠ颗粒.区带Ⅲ只有66和56 ku两种核心多肽;区带Ⅳ和Ⅴ除了66、56 ku多肽以外,还有4种分子质量为25,26,26.2和27.5 ku的LHCⅠ多肽.室温荧光光谱显示,分离物中的各种光合色素之间保持着良好的能量传递关系,由Chl b及管藻黄素和管藻素吸收的能量都可以传递给Chl a.     

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。     

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．     

植物光系统Ⅱ捕光过程的超分子结构基础

光系统Ⅱ(photosystemⅡ,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 complexⅡ,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.     

圆二色光谱揭示光系统Ⅱ在热处理过程中叶绿素荧光动力学变化的原因

研究了光系统Ⅱ(PSⅡ)在热处理过程中的叶绿素a荧光和圆二色(CD)光谱。在30 ℃～40 ℃热处理过程中,PSⅡ的叶绿素荧光参数Fo'保持稳定不变;当温度大于40 ℃时,Fo' 逐渐升高并在55 ℃达到最大值。在PSⅡ颗粒和富含捕光色素(LHCⅡ)的复合物的热处理过程中,具有超大振幅的CD异常信号出现,并且在40 ℃时, 677 nm的异常CD峰强度达到最大。这些结果暗示在PSⅡ颗粒热处理过程中,PSⅡ颗粒中的LHCⅡ的聚集状态和异常CD信号相关,并且也可能是影响Fo'的一个重要因素。     

圆二色光谱揭示光系统Ⅱ在热处理过程中叶绿素荧光动力学变化的原因

研究了光系统Ⅱ(PSⅡ)在热处理过程中的叶绿素a荧光和圆二色(CD)光谱.在30℃～40℃热处理过程中,PSⅡ的叶绿素荧光参数Fo′保持稳定不变;当温度大于40℃时,Fo'逐渐升高并在55℃达到最大值.在PSⅡ颗粒和富含捕光色素(LHCⅡ)的复合物的热处理过程中,具有超大振幅的CD异常信号出现,并且在40℃时,677 nm的异常CD峰强度达到最大.这些结果暗示在PS Ⅱ颗粒热处理过程中,PSⅡ颗粒中的LHCⅡ的聚集状态和异常CD信号相关,并且也可能是影响Fo′的一个重要因素.     

光系统II蛋白磷酸化及其生理意义

蛋白磷酸化修饰在几乎所有的生命活动中都起重要的调节作用.该文结合作者研究组的研究工作,概述了光系统II(PS II)蛋白磷酸化的调节及其生理功能.PS II复合体中的核心组分D1、D2、CP43和PsbH蛋白以及外周捕光天线(LHC II)蛋白都可以发生磷酸化.PS II蛋白磷酸化受质醌(PQ)的氧化还原状态、细胞色素b6f (Cyt b6f ) 和硫氧还蛋白以及光调节.PS II蛋白磷酸化可以调节激发能在两种光系统(PS I和PS II)之间的分配,减轻光胁迫对PS II的压力,保护核心蛋白免于光破坏,稳定PS II复合体的结构.     

光系统I (PSI)的结构与功能研究进展

光系统Ⅰ(PSⅠ)是整合于光合膜上的由多个蛋白亚基组成的色素蛋白复合物,它在光合电子传递链中催化电子从PC经过一系列电子传递体到Fd的传递。近20年特别是近几年来,有关光合作用PSⅠ结构与功能的研究取得了显著的进展,获得了很多具有重要意义的结果。本文综合介绍了近年来在PSⅠ的蛋白亚基组成及其特性、PSⅠ介导的3种电子传递过程、PSⅠ特有的外周捕光色素蛋白复合物系统(LHCⅠ)以及最新的有关PSⅠ 4*!分辨率的三维晶体结构生物学研究的进展情况,并对未来的研究进行了展望。     

光系统Ⅰ（ＰＳⅠ）的结构与功能研究进展

光系统Ⅰ(PSⅠ)是整合于光合膜上的由多个蛋白亚基组成的色素蛋白复合物,它在光合电子传递链中催化电子从PC经过一系列电子传递体到Fd的传递.近20年特别是近几年来,有关光合作用PSⅠ结构与功能的研究取得了显著的进展,获得了很多具有重要意义的结果.本文综合介绍了近年来在PSⅠ的蛋白亚基组成及其特性、PSⅠ介导的3种电子传递过程、PSⅠ特有的外周捕光色素蛋白复合物系统(LHCⅠ)以及最新的有关PSⅠ4?分辨率的三维晶体结构生物学研究的进展情况,并对未来的研究进行了展望.     

镉离子对菠菜叶绿体色素蛋白质复合物及激发能分配的影响

Cd~(2+)使叶绿体低温(77K)荧光发射光谱中 F686/F736及 F696/F736和激发光谱中F480/F436比值降低,说明 Cd~(2+)不利于激发能向 PSⅡ传递。SDS-PAGE 分析表明,Cd(2+)处理后叶绿体类囊体膜中光系统Ⅱ捕光叶绿素蛋白质复合物 LHCⅡ的部分寡聚体解聚成单体,且 LHCⅡ的总量也减少了。分析表明 Cd~(2+)使属于 LHCⅡ的多肽减少。已知LHCⅡ在光能吸收、传递以及激发能在两个光系统间的分配和调节方面起着重要作用,Cd~(2+)引起部分 LHCⅡ解聚和总量减少,必然导致由 LHCⅡ捕获和向光系统Ⅱ中心传递的能量减少。     

莲胚芽暗萌发过程中的光合系统发育研究

被子植物在黑暗中萌发生长不能合成叶绿素和建成光合系统,但是将莲（Nelumbo nucifera Geartn.)胚芽置于黑暗中萌发生长时,却可以清楚地观察到它的光合系统进行发育;首先,在原位低温荧光光谱上,LHCⅡ的荧光发射逐步红移变成典型的PSⅡ荧光发射,同时随着萌蝗延长,PSⅠ的荧光发射也从无到有,逐渐增强;其次,对暗萌发10d莲苗的叶绿体进行部分变性凝胶电泳分析也得到了PSⅠ的叶绿素蛋白复合物条带。通过Western blots的蛋白免疫检测,在暗萌发莲苗中也证实了LHCⅠ组分中有Lhca1的存在;最后,对暗萌发莲苗叶绿体的PSⅡ和PSⅠ电子传递活性测量结果表明,在暗中发育形成的PSⅡ和PSⅠ核心都是有光化学活性的。章讨论了莲胚芽暗萌发过程中进行光合系统发育的原因。     

褐藻裙带菜中PSⅡ复合物及其亚复合物的分离和特性研究

用不连续梯度蔗糖密度超离心,从经Triton X-100增溶的褐藻裙带菜类囊体膜中分离到3种色素蛋白复合物条带,分别是捕光复合物、具有光氧化活性的PSⅡ复合物颗粒（区带Ⅱ）以及PSⅠ（区带Ⅲ）。PSⅡ颗粒经毛地黄皂苷增溶后,再次超离心分离得到3条PSⅡ的亚复合物条带。吸收和荧光激发谱显示其中的区带Ⅱ-1为墨角藻黄素-Chl a／c-蛋白复合物,区带Ⅱ-2为Chl a／c-蛋白复合物,两者都只含20kDa多肽;而鲜绿色的区带Ⅱ-3为不含捕光复合物的活性PSⅡ核心。     

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。     

植物叶绿素-蛋白质复合物的研究——Ⅰ.阳生植物向日葵、阴生植物—叶兰的叶绿素-蛋白质复合物

阳生植物向日葵的叶绿体囊状体膜,用SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳最多可分离出8条含叶绿素带:复合物Ⅰa、Ⅰb、Ⅰc、Ⅱa、Ⅱb、Ⅳ、Ⅱc和游离色素去垢剂复合物Ⅲ。从阴生植物一叶兰只分离出6条含叶绿素带,属光系统Ⅰ的只有一条带(Ⅰc)。向日葵的复合物Ⅳ,从电泳迁移率、吸收光谱、光密度扫描等看来,如最近有的实验室所提出的那样,是与PSⅡ反应中心有关的。一叶兰复合物X的电泳迁移率与向日葵复合物Ⅳ相似,但它不但含Chl a还含有Chl b。它在室温下680nm的荧光发射与复合物Ⅳ十分相似,在所有这些复合物中,它们二者的发射最强。阳生植物(向日葵、菠菜、莴苣)叶绿体的Chl a/b值比阴生植物(一叶兰、广东万年青、吊兰)高,阴生植物(一叶兰)LHCP复合物的量大于阳生植物(向日葵)。并初步看出,阴生植物(一叶兰)LHCP复合物的Chl a/b值也低于阳生植物(向日葵)的相应复合物。     

假根羽藻主要捕光叶绿素a/b-蛋白复合体的特性(英文)

应用阴离子交换和凝胶过滤层析技术,从假根羽藻(Bryopsis corticulans Setch. )类囊体膜中直接分离、纯化获得了主要叶绿素a/b-蛋白复合体(LHCⅡ)。经蔗糖密度梯度超速离心获得了该色素蛋白复合体的单体和三聚体。反相液相色谱的色素分析结果显示,假根羽藻LHCⅡ的色素组成含有叶绿素a、叶绿素b、新黄质、紫黄质和管藻素等。其单体的电子跃迁能谱与三聚体的相似。园二色光谱分析显示,在LHCⅡ脱辅基蛋白质上分别存在着很强的叶绿素a偶极子之间和叶绿素b偶极子之间的分子内相互作用,然而这些偶极子之间的分子间的相互作用在三聚体中得到明显增强。在能量传递方面,LHCⅡ单体有着与三聚体相似的从叶绿素b到叶绿素a以及从管藻素到叶绿素a的高效传能能力。实验结果表明,假根羽藻中LHCⅡ单体具有像三聚体那样可以高效发挥吸能和传能生理功能的色素组成形式。因此,这些单体可能是假根羽藻类囊体膜上具有功能作用的LHCⅡ的结构形式。     

超高产杂交稻‘华安3号’冠层不同衰老程度叶片的光合功能

 较系统地研究了抽穗期超高产杂交稻‘华安3号’（`X075’×`紫恢100’）冠层顶部5片叶片的光合功能。结果表明,‘华安3号’剑叶的光系统Ⅱ（PSＩＩ）光化学最大效率(Fv/Fm)、开放的PSⅡ反应中心捕获激发能效率（Fv′/Fm′）、PSⅡ电子传递量子效率（ΦPSⅡ）、光化学猝灭系数（qP）、表观电子传递效率（ETR）、光合色素尤其是叶绿素（Chl）和类胡萝卜素（Car）中的新黄素、黄体素和β-胡萝卜素（β-Car）的含量等均优于其下的各叶,而PSⅡ的激发压力（1-qP）低于其它叶片。经对叶片低温（77K）荧光发射光谱的Gaussian解析,与其它各叶片相比,剑叶PSⅡ核心天线复合物CP47和光系统Ⅰ（PSⅠ）的含量较高,而非活性的PSⅡ捕光色素蛋白复合体（LHCⅡ）聚集态含量较少。研究证明：1）水稻在决定籽粒产量的生育后期,其干物质的积累主要是由冠层最上面的3片叶的光合作用所提供;2）在叶片衰老过程中,光合反应中心的衰老早于天线系统;3）杂交稻的光保护途径之一,可能在于光抑制条件下通过增加PSⅠ含量及其对光能的吸收并刺激环式电子传递高速运转,从而对光合器起保护作用;4）水稻叶片在衰老过程中,可能通过部分Chl b还原为Chl a,以降低LHCⅡ的含量,从而减少对光能的捕获,达到降低光抑制的伤害。     

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。     

氯霉素处理对拟南芥STN7和STN8基因表达的影响

本实验运用多肽抗体、磷酸化抗体和半定量RT-PCR技术,研究了叶绿体蛋白合成抑制剂--氯霉素(CAP)处理对拟南芥叶片在生长光强下LHCⅡ蛋白与PSⅡ核心蛋白的磷酸化、STN7和STN8基因在mRNA水平和蛋白水平的变化.结果显示:与对照相比,CAP处理叶片在生长光强下STN7基因表达的mRNA水平减少,类囊体膜上酶蛋白含量较低,LHCⅡ蛋白磷酸化水平也较低;而STN8基因表达的mRNA水平增加,类囊体膜上酶蛋白含量增加了1倍,与PSⅡ核心蛋白中D1、D2和CP43的磷酸化水平较高相吻合.研究表明,氯霉素抑制叶绿体蛋白合成后并影响核基因STN7和STN8的表达.     

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