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高等植物光系统Ⅱ(PhotosystemⅡ,PSII)利用捕光色素蛋白复合物捕获和传递的光能,在反应中心诱导电荷分离,启动光合作用的电子传递过程,并催化水的光解和放氧反应。PSII是由多个亚基组成,为了有效的吸收利用光能,捕光色素蛋白复合物要与核心复合物形成超分子复合物,二者在结构与功能上有效偶联,才能更好地进行电子传递和能量传递。微量天线(minor light harvesting complexes)处于外周天线和核心复合物中间,包括CP29、CP26和CP24三种蛋白,是维持PSII结构和功能完整性不可或缺的组分。研究微量天线的结构与功能对于理解光系统Ⅱ能量传递、光保护机制、以及光系统Ⅱ超分子复合体组装等具有重要意义。另外,脂双分子层对PSII结构稳定和功能的正常发挥意义重大。
本文利用去垢剂介导法将天线含量不同的PSII核心复合物和大量捕光色素蛋白复合物(major light harvesting complexes,LHCIIb)进行蛋白脂质体重组,来研究LHCIIb与PSII核心复合物的在类囊体膜脂中的功能状态,探讨微量天线对PSII核心与LHCIIb之间能量传递和电子传递的影响,以及微量天线对PSII-LHCII超分子复合物组装的影响。
主要结论如下:
1.具有不同天线含量的PSII核心复合物重组到脂质体中后,放氧活性都明显增高。这说明膜脂环境有利于PSII核心复合物的活性维持。PSII粗核心复合物(PSII crude core tomplex,PSII CC)和PSII核心复合物二体(PSII dimeric core complex,PSII DC)重组后放氧活性分别提高了17.3%和46.5%,说明PSII DC的活性对于脂环境更敏感。77 K荧光发射光谱显示重组过程并没有影响能量传递,因此脂环境更可能是影响了复合物的构象变化或者电子传递过程,从而影响它们的放氧活性。
2.比较两种PSII核心复合物的放氧活性发现,微量天线的缺失降低了PSII的放氧活性。
3.对于PSII与LHCIIb间在类囊体膜中的亲和力研究表明:LHCIIb对于PSII CC亲和力小于对于PSII DC的亲和力,这说明PSII-LHCIIb蛋白脂质体中微量天线的存在降低了大量天线LHCIIb与核心复合物的亲和力。
4.PSII核心复合物与LCHIIb共同重组后有效捕光天线增加。Chlα荧光诱导曲线和77K荧光发射光谱证明微量天线对PSII-LHCIIb蛋白脂质体中LHCIIb与PSII核心复合物之间的能量传递没有显著影响。
5.放氧速率测定结果显示,有效捕光天线的增多虽然加大了PSII的捕光量,但是PSlI的放氧量并没有线性增加,其分子机制有待于进一步的研究证明。