叶绿体膜的结构与功能 Ⅷ.镁离子对叶绿体类囊体膜的叶绿素-蛋白复合体聚合的影响

小麦叶绿体类囊体膜用SDS短时间增溶后,在不连续的SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳上分离出七条含叶绿素的带,我们依其迁移率的增加及参考文献上的定名,称为CPI_a、CPI(P700-叶绿素α-蛋白质)、LHCP~1、LHCP~2、CP_a(含光系统Ⅱ反应中心的复合体)、LHCP~3(捕光叶绿素α/b-蛋白质)和FC(游离色素-SDS复合物)。在叶绿体类囊体膜的SDS提取物中加入Mg~( )后,则只能分离出四条含叶绿素的带,依其迁移率,并经室温吸收光谱和萤光光谱鉴定为CPI、CP_a、LHCP~3和FC。Mg~( )强烈地引起CPI_a和CPI相聚合,LHCP~1、LHCP~2和LHCP~3相聚合。聚合后的蛋白复合体的吸收光谱表明:CPI在红区的吸收峰为675nm,蓝区的吸收峰为436nm;CP_a在红区的吸收峰为669nm,蓝区的吸收峰为434nm;LHCP~3在红区的吸收峰为652和671nm,蓝区的吸收峰为436和470nm。分别与对照的CPI、CP_a和LHCP~3的吸收光谱相类似。而室温下二者的LHCP的萤光激发光谱和发射光谱也彼此相似。Mg~( )引起LHCP的聚合对叶绿体类囊体膜的结构具有重要意义。值得注意的是在叶绿体类囊体膜的SDS提取物中加入Mg~( )后,引起CPI_a与CPI的聚合,这种聚合对膜的结构与功能的影响目前仍不清楚,还有待进一步探索。     

叶绿体膜的结构与功能——Ⅹ镁离子及钾离子对叶绿体光诱导pH变化的影响

研究不同阳离子和不同阴离子浓度对菠菜叶绿体光诱导pH变化的影响。结果如下:1)在以PMS或DCPIP为辅助因子时.镁离子和钾离子对菠菜叶绿体光诱导pH变化均有明显影响。阳离子对光诱导pH变化的影响随其浓度的增加而增大。2)DCMU对叶绿体光诱导pH变化有抑制作用,而镁离子可以完全恢复 DCMU这种抑制作用。3)Gramicidin D使叶绿体光诱导pH变化消失,镁离子可恢复受 Gramicidin D抑制的光诱导pH变化。这种恢复作用随镁离子浓度的增加而增大。4)电镜观察指出Gramicidin D破坏类囊体片层结构以及镁离子对结构的恢复可能是功能上失活和恢复的原因。     

叶绿体膜的结构与功能 Ⅸ.从菠菜叶绿体膜中分离捕获光能的叶绿素α/β-蛋白质复合体

我们通过用非离子去垢剂Triton X-100处理破碎掏去阳离子的叶绿体膜,经过蔗糖梯度离心,获得高度纯化的捕获光能叶绿素a/b-蛋白质复合体(LHCP),分离出的捕获光能叶绿素a/b-蛋白质复合体具有1.26的Chl a/b比值,它的吸收光谱表明:它在红区的吸收峰为653nm和675nm,蓝区的吸收峰为473nm和436nm。低温萤光激发光谱表明:它的最强激发波长在416、434和476nm。低温萤光发射光谱表明:它的最强发射波长在681nm。通过蔗糖梯度离心,分离提纯的这个LHCP再经SDS聚丙烯酰胺凝胶电泳展现出分子量分别为21、44、62千道尔顿的三条叶绿素带。这些含叶绿素的复合物按其电泳迁移率,从慢到快,并经室温吸收光谱和萤光光谱分别鉴定命名为LHCP~3、LHCP~2和LHCP~1。     

大麦突变种Chlorina-f 2类囊体膜的叶绿素蛋白复合体

当突变种大麦Chlorina-f 2的类囊体膜在SDS/叶绿素的重量比为10:1,叶绿素的浓度为0.5mg/ml的条件下增溶,并在SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳中进行分离时,共出现4条含叶绿素的带。按电泳迁移率的增加,这些带分别是CP Ⅰ,CPa 1,CPa 2和FC。光谱测定表明CP Ⅰ为混有少量光系统Ⅱ??成分的光系统Ⅰ反应中心复合体,CPa 2为光系统Ⅱ反应中心复合体,CPa 2为光系统Ⅱ内周天线复合体。属于光系统Ⅰ的CP Ⅰ的叶绿素含量占总叶绿素的45.6%,而属于光系统Ⅱ的CPa Ⅰ和CPa 2的叶绿素之和则占总叶绿素的43.2%。可见在缺b大麦中,两个都失缺其外周天线的光系统的叶绿素含量是基本相等的。这和光合作用中两个光反应相互串联的理论是完全一致的。     

叶绿体膜的结构与功能——Ⅸ.从菠菜叶绿体膜中分离捕获光能的叶绿素a/b-蛋白质复合体

我们通过用非离子去垢剂Triton X-100处理破碎掏去阳离子的叶绿体膜,经过蔗糖梯度离心,获得高度纯化的捕获光能叶绿素α/b-蛋白质复合体(LHCP),分离出的捕获光能叶绿素α/b-蛋白质复合体具有1.26的Chlα/b 比值,它的吸收光谱表明:它在红区的吸收峰为653nm 和675nm,蓝区的吸收峰为473nm 和436nm。低温萤光激发光谱表明:它的最强激发波长在416、434和476nm。低温萤光发射光谱表明:它的最强发射波长在681nm。通过蔗糖梯度离心,分离提纯的这个LHCP 再经SDS 聚丙烯酰胺凝胶电泳展现出分子量分别为21、44、62千道尔顿的三条叶绿素带。这些含叶绿素的复合物按其电泳迁移率,从慢到快,并经室温吸收光谱和萤光光谱分别鉴定命名为LHCP~3、LHCP~2和LHCP~1。     

叶绿体膜的结构与功能 Ⅱ.钾离子和镁离子对两种类型叶绿体膜吸收光谱及光系统Ⅱ功能的影响

研究不同阳离子和不同阳离子浓度对两种类型的叶绿体膜吸收光谱和光系统Ⅱ功能的影响。观察到一价的 K~ 和二价的 Mg~(2 )对发育完善的叶绿体膜的吸收光谱具有同样的效应,它们均降低这种叶绿体在红区和蓝区的吸收峰,峰值的降低与离子浓度成正相关。而在发育不完善的叶绿体中却没有观察到类似的现象。在不同浓度的 K~ 和 Mg~(2 )的存在下,红区的吸收峰几乎完全重叠,仅在蓝区稍有变化。不同浓度的 K~ 和 Mg~(2 )对上述两种类型的叶绿体膜的 DCIP 光还原速度均有促进作用,但是它们的促进作用有相当大的差别。本文还讨论了阳离子对这两种类型叶绿体膜吸收光谱和光系统Ⅱ活力不同影响的原因。     

冷害对黄瓜叶绿体类囊体膜的影响

研究了冷害温度(0℃,16h)对黄瓜(Cucumis sativus L.)叶绿体类囊体膜膜脂、膜蛋白成分的影响。在没有可见伤害症状的低温处理条件下,黄瓜叶片叶绿体类囊体膜膜脂成分已有变化,主要是磷脂酰甘油(PG)含量明显降低,但主要脂类成分单半乳糖基甘油二酯(MGDG)、双半乳糖基甘油二酯(DGDG)、硫代异鼠李糖甘油二酯(SQDC)和PG的脂肪酸组分没有明显的变化;类囊体膜上色素蛋白质复合体的变化以光系统Ⅱ捕光叶绿素a/b蛋白质(LHCⅡ)单体及寡聚体含量的变化最明显,低温处理使LHCⅡ单体比例增加。对提纯的LHCⅡ结合脂的分析表明,低温处理改变了LHCⅡ结合脂及其脂肪酸的组成,使PG含量降低。以上结果表明,LHCⅡ结合脂成分变化以及LHCⅡ寡聚体解聚可能是叶绿体类囊体膜受冷害的最初反应。     

叶绿体膜的结构与功能 Ⅺ.亚麻酸对小麦叶绿体膜结构、吸收光谱和荧光光谱的影响以及镁离子的调节作用

研究不同浓度的亚麻酸对小麦叶绿体膜结构、吸收光谱和荧光光谱的影响。观察到亚麻酸对叶绿体结构有显著的影响,并可提高叶绿体囊状体膜在蓝区和红区的吸收峰值,以及 F_(685)和 F_(738)的相对荧光产量。这些影响随着亚麻酸浓度的提高而加剧。此外,观察到 MgCl_2能够部分逆转亚麻酸所引起的叶绿体膜结构的变化,并能部分恢复囊状体膜吸收光谱的变化;同时,MgCl_2可进一步提高亚麻酸处理后叶绿体的 F_(685)相对荧光产量,但 F_(738)的相对荧光产量几乎不受影响。     

从非离子去垢剂辛基-β-D-吡喃葡萄糖苷的类囊体膜提取液中分离的叶绿素蛋白复合体的光谱性质

当将辛基—β—D—吡喃葡萄糖苷的类囊体膜提取液进行凝胶电泳时,有7种叶绿素蛋白复合体被分离出来,它们分别是CPIa,CPI,LHCP~1,CPa1,Cpa2,LHCP~2和LHCP~3。 CPa1和CPa2在红区的吸收峰分别位于674nm和671nm。一阶导数光谱表明这两种复合体都含有叶绿素a和类胡萝卜素,但不含叶绿素b。四阶导数光谱证明CPa1的主要吸收形式为chla-680,而CPa2的主要形式为chl a-670。由77K的荧光发射光谱知道CPa1的荧光发射峰位于695nm,而CPa2的发射峰则位于685nm。LHCP~1和LHCP~3及LHCP~2的主要吸收形式分别为chlb-650和chl a-680。它们的荧光发射峰都位于680—682nm范围内。 可以断定CPa1是光系统Ⅱ反应中心P680-叶绿素a蛋白复合体;CPa2是光系统Ⅱ内周天线叶绿素a蛋白复合体;LHCP~1,LHCP~2和LHCP~3是光系统Ⅱ外周天线叶绿素a/b蛋白复合体。LHCP~2和LHCP~3是两种独立的单体。CPIa和CPI为光系统Ⅰ反应中心复合体。     

铜对类囊体膜叶绿素-蛋白质复合物组成和光谱特性的影响

菠菜和青菜类囊体膜经SDS-PAGE*可分别分离出8条和7条含叶绿素的区带。经Cu螯合剂处理后发现菠菜CPIa、青菜CPI_a、LHCP_2带缺失,菠菜CPIa_1 LHCP_2和青菜CPI减少,两者的LHCP_3明显增加。外源Cu(5mmol/L CuCl_2)可使菠菜CPa_1带缺失。青菜CP_a带缺失,并且使菠菜CPI带的吸收峰由678nm移到672nm,在652nm处有一微弱小肩,并且出现679nm荧光发射峰,表现出LHC-Ⅱ的某些光谱特性。同时使菠菜和青菜的LHCP_1和LHCP_2的吸收峰均由672nm分别移到668nm和669nm,并且使LHCP_2在724nm处产生较强的荧光发射,接近于LHC-Ⅰ的某些光谱特性。由此初步认为,铜可能通过变构作用来调节两个光系统间从作用中心到捕光色素蛋白复合物,以及二者捕光色素蛋白复合物本身之间的能量转移。     

水分胁迫对小麦叶绿体色素蛋白复合体的影响

水分胁迫可抑制激发能向ＰＳⅡ传递,降低ＰＳⅡ捕光色素蛋白复合体、ＰＳⅡ内周天线色素蛋白复合体以及ＰＳⅠ捕光色素蛋白复合体和ＰＳⅠ反应中心叶绿素ａ 蛋白复合体的含量,其中以ＰＳⅡ色素蛋白复合体含量下降幅度较大。类囊体膜多肽分析表明,水分胁迫使属于ＰＳⅡ捕光色素蛋白复合体的２５ ｋＤ蛋白、ＰＳⅡ内周天线色素蛋白复合体的４３ ｋＤ 和４７ ｋＤ蛋白以及ＰＳⅠ捕光色素蛋白复合体的２１ ｋＤ蛋白含量降低,尤以２５ ｋＤ蛋白含量降幅最大。     

光周期对光敏核不育水稻叶绿体类囊体膜超分子结构的影响

通过冰冻撕裂叶绿体类囊体膜电镜术的研究,在超分子水平上揭示出长日照（ＬＤ）与短日照（ＳＤ）对突变型光敏核雄性不育水稻农垦５８Ｓ及其野生型农垦５８ 倒二叶叶绿体类囊体膜的形成有不同的影响。农垦５８－ＳＤ 和农垦５８－ＬＤ差别不明显;而农垦５８Ｓ－ＳＤ和农垦５８Ｓ－ＬＤ之间出现较明显的差异：（１）农垦５８Ｓ－ＳＤ 叶绿体类囊体膜的垛叠和非垛叠膜区的４ 个冰冻撕裂膜小面呈现的功能蛋白粒的密度、大小及构象分布与其对照农垦５８－ＳＤ 和农垦５８－ＬＤ 类似,均属正常的超分子结构类型。（２）农垦５８Ｓ－ＳＤ叶绿体垛叠类囊体膜区的外质撕裂面（ＥＦｓ）功能蛋白粒的密度比５８Ｓ－ＬＤ的大,且在有的垛叠膜区呈现出类晶格状的规则排列。（３）农垦５８Ｓ－ＬＤ 叶绿体非垛叠膜区的原生质撕裂面（ＰＦｕ）和外质撕裂面（ＥＦｕ）出现频率较低,往往在基粒的边缘膜或末端中能找到,且分布于膜上的功能蛋白粒的密度较小。有的叶绿体ＥＦｕ、ＰＦｕ、ＥＦｓ和垛叠膜区原生质撕裂面（ＰＦｓ）功能蛋白粒极少或丧失,表明类囊体膜受到严重损伤     

低温锻炼对小麦类囊体膜脂膜蛋白的影响

比较两种不同抗寒性小麦品种在低温锻炼前后类囊体膜脂及其脂肪酸成分、光系统Ⅱ捕光叶绿素ａ／ｂ 蛋白复合体（ＬＨＣⅡ）及类囊体吸收光谱,低温荧光发射光谱,发现经低温锻炼后：（１）抗寒与不抗寒品种小麦类囊体磷脂酰甘油（ＰＧ）的反式十六碳－烯酸含量均明显降低;抗寒品种小麦的单半乳糖基甘油二酯（ＭＧＤＧ）／双半乳糖基甘油二酯（ＤＧＤＧ）比值明显降低,而不抗寒品种变化不明显。（２）抗寒品种小麦类脂／叶绿素比值明显增高。（３）两品种小麦类囊体膜ＬＨＣⅡ寡聚体含量均降低,而单体含量均增加。（４）两品种小麦类囊体膜吸收四阶导数光谱Ａ６８３／Ａ６５２比值均升高。（５）不抗寒品种小麦低温荧光发射光谱Ｆ６８５／Ｆ７３８比值上升,而抗寒品种没有变化。我们认为,在低温锻炼过程中膜流动性增大可能是植物抗寒性增强的重要原因,此外,ＭＧＤＧ 含量降低对低温下膜双层的稳定性可能起重要作用     

叶绿体膜的结构与功能 Ⅶ小麦囊状体膜上光系统Ⅱ反应中心复合体的探讨

小麦叶绿体膜用SDS短时间增溶后,用不连续的SDS—聚丙烯酰胺凝胶电泳分离出八条叶绿素带,我们依其迁移率的增加及参考文献上的定名称为CPI(P700—叶绿素a—蛋白质)、LHCP~1(捕光叶绿素a/b—蛋白质)、LHCP~2、LHCP~3,CPa(光系统Ⅱ反应中心)、LHCP~4和FC(游离色素—SDS复合物)。值得注意的是,在LHCP~4和FC之间观察到一条新的复合体,我们命名为CPa_1。 CPa_1的吸收光谱与CPa的吸收光谱相似,他们在红区的吸收峰分别在669nm和670nm,在蓝区的吸收峰为435nm,清楚地表明这些吸收光谱与文献中报导的复合体Ⅳ—系统Ⅱ反应中心复合物相似(Hayden等1977)。CPa和CPa_1具有相似的荧光发射光谱,最强的发射带分别在681nm和682nm。二者的荧光激发光谱亦是彼此相似的。CPa的分子量约为39.5KD,CPa_1的分子量约为19.6KD。因此,我们推测CPa可能是二聚体,而CPa_1可能是它的单体。     

菠菜类囊体LHC的叶绿素-蛋白中的叶绿素排列和方向的研究

用蔗糖梯度离心的方法,从胰蛋白酶处理叶绿体和对照叶绿体膜分离LHC。比较研究了它们的吸收光谱、荧光光谱、圆二色光谱和荧光偏振度的变化。观测到消化叶绿体LHC的吸收光谱除位于652nm的肩消失外,其它特征性吸收均无明显改变,荧光发射峰位和在670nm的C.D.信号峰位与对照相比发生偏移,叶绿素b和吸收≤670 Nm叶绿素a的荧光偏振度降低。结果说明含叶绿素b的蛋白和短波长叶绿素a的蛋白位于类囊体膜的外侧,胰蛋白酶消化引起LHC的构型改变,从而使色素与色素、色素与蛋白的相互关系及叶绿素分子排列和方向发生改变。讨论了LHC上蛋白构型、叶绿素分子机构和叶绿素分子间能量传递的相互关系。提出了蛋白质在色素能量传递过程中的作用。     

热处理对菠菜和上海青类囊体膜及叶绿素稳定性的影响

绿色蔬菜在加工和贮藏过程中发生的颜色劣变与类囊体膜上叶绿素蛋白复合体的稳定性有着密切的关系。本研究以上海青和菠菜为原料,研究了两种绿色蔬菜在热处理过程中类囊体膜溶液热容、多肽组分、叶绿素含量、pH以及蛋白质荧光的变化。结果表明：热处理会导致叶绿素蛋白复合体的降解,类囊体膜溶液pH下降,上海青类囊体膜热稳定性、叶绿素含量的保持优于菠菜类囊体膜。试验结果为我们明确绿色蔬菜颜色劣变的机理以及寻求更好的护绿手段提供了理论基础。     

叶绿体膜的结构与功能——(Ⅰ)、叶绿体膜的结构、组成与光系统Ⅱ功能的关系

当小麦黄化幼苗在间歇光(周期为2分钟光、118分钟暗)下转绿二十四小时,获得一种发育不完善的叶绿体膜,将它与发育完善的叶绿体膜相比较,研究了它们的结构、组成与光系统Ⅱ功能的关系。发育不完善的膜,无基粒、而发育完善的膜,具有基粒。后者有较高的叶绿素含量、较低的叶绿素a/b比值,具有叶绿素蛋白复合物T及复合物Ⅱ,而前者完全缺乏复合物Ⅱ。发育不完善的叶绿体膜具有较完善的光系统Ⅰ成份,但明显缺乏高电位的细胞色素b_(559)、它们光还原DCPIP的活力比发育完善的膜高二倍多,加DPC人工电子给体,还可提高百分之三十多。以上结果可以得出以下结论:1.发育不完善的膜,缺乏捕获光能的叶绿素a/b蛋白复合物,缺乏基粒;2.在发育不完善的膜中,光系统Ⅰ发育较完善、但水裂解酶系统在整个电子传递链中则处于发育最慢的部分;3.由于发育不完善的膜,缺乏高电位细胞色素b_(559),我们推测它不可能处于电子传递链的主链上,而可能位于光系统Ⅱ的侧链上;4.发育不完善的膜、由于结构简单、自我调控能力弱,不能抵抗恶劣条件,如加抑制剂或在弱光下,光化学活性急剧下降。