光合磷酸化偶联机制研究——Ⅱ.金霉素对光合磷酸化促进作用的研究

用金霉素溶液处理菠菜离体叶绿体,对循环( PMS)和非循环光合磷酸化( FeCy、MV或BQ DBMIB)均可表现出促进作用,表明它对两个能量保存部位都有促进作用。它能提高磷酸化的偶联程度,增加ADP/O及PC比值。在对光合磷酸化有促进作用的情况下,用两阶段光合磷酸化法测定,它对高能态的积累略有增加或影响不大,但它能显著增加叶绿体的延迟发光。它对叶绿体膜上Mg~(2 )-ATP_(ase)及偶联因子Ca~(2 )-ATP_(ase)活力有抑制。金霉素溶液的荧光强度可被加入偶联因子所提高,这些都表明金霉素至少有一个作用部位与偶联因子有关。文中对它能促进光合磷酸化作用的机理进行了讨论。     

光合磷酸化偶联机制的研究——Ⅲ.胺对光合磷酸化的促进作用

进一步研究比较了氯化铵和一些胺对光合磷酸化的影响。发现甲基胺等在低浓度(2×10~(-4)M)时,对光合磷酸化的影响与氯化铵相似,但它对磷酸盐的浓度要求较氯化铵低。用pH电极法测得氯化铵和甲基胺在促进光合磷酸化的浓度下时,能降低类囊体的质子吸收。2×10~(-4)M的氯化铵和甲基胺在高浓度磷酸盐存在时,也能促进闪光下的光合磷酸化,但对叶绿体的延迟发光无明显影响。     

光合磷酸化偶联机制研究——Ⅷ、6-苄氨基嘌呤对光合磷酸化的促进作用

在反应介质pH 7.2条件下,观察到6-BA处理叶绿体后,能促进循环(+PMS)和非循环(+FeCy或MV)的光合磷酸化反应,提高叶绿体的偶联程度,增加P/e_2比值。此促进现象与叶片的生理状态密切有关。在对光合磷酸化有促进作用的情况下,6-BA可改善类囊体的能化状态,增加高能态的积累。对光激活的叶绿体膜上Mg~(2+)-ATP酶和偶联因子热活化的ATP酶活力均表现出促进作用。6-BA的作用部位可能与膜上的偶联因子有关。     

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。     

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。     

光合磷酸化偶联机制研究——Ⅸ.抗生素HP-1对光合磷酸化的解联作用

抗生素HP-1在10~(-7)～10~(-6)M时可以有效地降低光合磷酸化活力,并促进电子传递。它象氯化铵一样能降低光照射时类囊体的质子吸收,但在降低光合磷酸化活力时,既不象氯化铵那样受反应液中磷酸盐浓度的影响,又不象尼日利亚菌素那样依赖反应液中K~+存在。抗生素HP-1可以作为一种新的解联剂而用于光合磷酸化及生物能量转换反应的研究。     

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。     

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。     

光合磷酸化机制研究的发展

光合作用的研究是一个既有重大理论意义又具有重大应用前景的课题。1957年制订我国自然科学远景规划时,这个课题才提到日程上来。殷宏章先生为发展我国自然科学,在我所领导创建了光合作用实验室,开辟了对光合作用机制的研究领域。 50年代,Calvin等阐明了光合碳循环需要ATP提供能量之后Arnon,Frenkel等分别发现离     

光合磷酸化偶联机制研究——Ⅳ.金霉素荧光效应及其在偶联因子上作用部位的研究

对溶液 pH、脂类物质、糖浓度、类囊体膜、膜上偶联因子和可溶性偶联因子以及 Mg~(2 )等对金霉素荧光的影响作了研究。结果指出,金霉素与偶联因子结合的荧光峰在440 nm,金霉素与摘除偶联因子后的类囊体膜片结合的荧光峰在530nm。Mg~(2 )可改变金霉素荧光峰的位置及强度,但偶联因子与金霉素的结合与Mg~(2 )无关。 偶联因子经0℃处理变性和用戊二醛处理使结构固定后,它的ATP酶活力下降,金霉素荧光增强效应几乎消失。 用已知作用部位的化学修饰剂NEM和OPDM以及TNBS处理叶绿体或偶联因子时,光合磷酸化和ATP酶活力下降,但加入金霉素可减少NEM和OPDM对光合磷酸化的抑制程度而对TNBS抑制的光合磷酸化活力影响不大。经NEM和OPDM处理后的偶联因子,对金霉素荧光的增强效应显著下降,而经TNBS处理的偶联因子,对金霉素荧光的增强效应仅略有下降。从上述结果推测,金霉素可能是与偶联因子上的γ亚单位或其邻近的区域结合而影响其功能的。     

弱有机碱对光合磷酸化的影响

类囊体内部介质可被弱有机碱如吡啶、苯胺、咪唑缓冲,致使[H_(in)~ ] 减少,ΛpH幅度降低,光合磷酸化(PSP)反应被抑制,对苯二胺(p—PD)降低ΛpH,但显著促进PSP反应、在MV或PMS系统中均有此现象;在 MV DBMIB;MV DCMU或PMS DBMIB系统中,p—PDH_2重建ΛpH并恢复PSP反应活力。从p—PD(H_2)既具有弱有机碱性质,又可作为电子供体、氢递体,代替QH_2或PQH_2调节电子传递起转移质子的两种作用,解释了p—PD对ΛpH的抑制,却又促进PSP反应的现象。讨论了PSP反应对[H_(in)~ ],ΛpH幅度大小的依赖关系。     

光合磷酸化偶联机制研究——Ⅵ.叶绿体完整度对P/e_2值的影响

完整叶绿体的P/e_2值并不一定都大于破碎叶绿体,但如用水胀破叶绿体,则往往引起解联作用。在不同磷酸盐浓度下,观察到完整叶绿体制剂和同一制剂经TN缓冲液胀破被膜后的P/e_2值变化不一样。类似现象可在STN缓冲液制备的普通叶绿体及同一制剂的悬浮液中加入MgCl_2后的对比中看到。     

光合磷酸化的研究 Ⅵ.2,6-二氯酚靛酚光还原过程中的偶联磷酸化

1958年,Arnon首先发现在辅酶Ⅱ的光还原过程中,同时有ATP的形成,即所谓偶联光合磷酸化或非循环光合磷酸化。随后又肯定了K_3Fe(CN)_6及苯醌作为希尔氧化剂时的偶联磷酸化。在常用的希尔氧化剂中,DCPIP却是一个例外。大家知道,     

水稻白化苗质体中光合磷酸化偶联因子的存在

用聚丙烯酰胺凝胶电泳分离水稻白化苗质体EDTA提取物的蛋白,在偶联因子的位置有一带出现;白化苗质体具膜上(Mg~(++)—Ca~(++))—ATP酶活力,质体膜与菠菜类囊体残缺膜重组后有光合磷酸化活力。分部离心和电镜观察的结果表明,活力检测中所用的600～1500×g之间的沉降部分确属质体部分,证明白化苗质体中有光合磷酸化偶联因子的存在。     

光合磷酸化偶联机制的研究寡霉素对PSP、ATP酶和ATP_b-Pi交换反应的作用

在过去工作基础上,我们进一步研究类囊体膜上牢固结合的ATP_b 与Pi 的交换反应和PSP 的关系。主要结果是:①在线粒体中对ATP 酶复合体的疏水蛋白专一敏感的寡霉素,对叶绿体中ATP 的光下形成和水解均表现为抑制,其中对ATP 酶活力的抑制要比对ATP 形成的抑制强烈得多,对核苷酸交换和光下H~ 吸收也有明显的抑制作用(表1)。②去除内源游离核苷酸的叶绿体悬浮液,与Pi(~(31)Pi ~(32)Pi)照光(不外加ADP),发现在适当的寡霉素浓度(20微克/毫克蛋白)下显著促进此系统ATP 中~(32)Pi 参入的数量;并且在所测温度下均促进,温度升高(30℃),促进作用更为明显(表2,3)。③用荧光素酶测定ATP 的方法对上述系统的反应产物进行鉴别,并与~(32)Pi酯化法相比较,证明寡霉素促进的是ATP_b-Pi 交换(图1,2;表4,6)。④ATP_b-Pi 交换反应与类囊体膜的能量转换有密切的关系。这交换反应需光、需辅助因子,也受解联剂的影响(表5),是需能反应。这ATP_b-Pi 交换,较之PSP 受解联剂的影响要小得多,可能它与膜上高能态有更为直接的联系。     

光合磷酸化的研究——XVII.循环光合磷酸化与短波光反应的关系

一般认为PMS与維生素K和FMN不同,无論在有氧或无氧条件下都催化眞循环光合磷酸化,其电子傳递过程无需短波光反应和分子氧的参与。但是文献中記載的关于PMS系統的实驗結果也还有不少与上述結論不一致之处。例如有人指出氧气对PMS-磷     

光合磷酸化的研究 Ⅳ.Mehler反应与光合磷酸化

我們同时測定了小麦离体叶綠体的Mehler反应与光合磷酸化作用,結果指出: 1.光合磷酸化輔助因素Vit.K及FMN促进Mehler反应,PMS无影响。2.离体叶綠体不加輔助因素或加入Vit.K或FMN的情况下,ATP与CH_3CHO的形成量有一定的数量关系。由此算出的P/O值約为同时測定的K_3Fe(CN)_6系統的P/O值的二倍。在偶联得完全的制剂中,P/O值达2。3.无論对电子传递还是磷酸化作用,pH、解联剂(NH_4~ )及叶綠体保存时間对Vit.K及K_3Fe(CN)_6系統的影响均有一致的趋势。4.在有氧条件下,P/O值与輔助因素的浓度无关。本文結果指出了Mehler反应与FMN或Vit.K导致的光合磷酸化实际上发生在同一个过程中,这样就进一步肯定了Vit.K与FMN导致的光合磷酸化都是属于非循环方式。对它們在生理上的可能作用也作了簡短的討論。     

光合磷酸化的研究——Ⅻ.细菌载色体的非循环光合磷酸化

研究兼性厌氧紫色非硫螺旋菌及严格厌氧紫色硫细菌的离体载色体的非循环光合磷酸化,结果指出: (1)在厌氧并用HOQNO抑制载色体循环光合磷酸化的情况下,以过量维生素丙及催化量DCPIP为电子供体时,维生素K_3,FMN,反丁烯二酸等化合物均可作为电子受体构成非循环光合磷酸化。(2)在有氧状态时,维生素丙及DCPIP为电子供体的非循环光合磷酸化能以分子氧为最终电子受体。外加任何电子受体,不再促进磷酸化活力。(3)紫色硫细菌的载色体尚能以H_2S为电子供体与维生素K_3构成非循环光合磷酸化。(4)在载色体中的氢化酶的催化下,分子氢可以通过DCPIP,在光下联接于维生素K_3或反丁烯二酸的还原。其所偶联的磷酸化,具有非循环类型的特性。基于上述结果,对非循环光合磷酸化在光合细菌中的生理意义作了简短的讨论。