蓝细菌光合作用相关的两个蛋白家族的基因分析和功能研究

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藻胆体是大型的水溶性蛋白色素复合体,其功能是作为光合电子传递的捕光天线。无色素的连接蛋白在藻胆体的组装中起关键作用。连接蛋白中的LRC蛋白是负责将外周杆连接到藻胆体核心,这一步的组装对于光能捕获和分配都有着重要的意义。最近发现一类新型的LRC,在它的C端有一个疏水结构区。推测它更倾向于向光系统Ⅰ传递光能。在Anabaena sp。PCC7120中,编码LRC的是有四个成员的cpcG基因家族,这四个基因顺次排列于cpc操纵子的最末尾。通过序列比较,Anabaena sp.PCC7120的CpcG3是预测含有C端的疏水区的类型。为理解不同CpcG蛋白在藻胆体组装中的作用构建不同组合的Anabaena sp.PCC7120cpcG缺失突变体,得到了cpcGl-(G234),cpcG3-(G124),仅保留cpcG1(G1)和全删除的突变株(G0)。G0的藻胆体组装出现严重问题,无法连接外周杆而造成大量外周杆游离在胞质内,导致了突变株光能传递效率严重下降,同时也丧失了状态转变的能力,失去了外周杆的藻胆体的体外稳定性也严重下降。G1突变体,缺少了cpcG2-cpcG4,各方面的表现和全缺失基本一致,仅仅在藻胆体的体外稳定性上稍有改善。另一方面,单独缺失cpcG1并没有对突变株藻胆体的结构和功能产生明显的影响,只是FRAP体现的藻胆体的移动性比野生型更强。这些证据都显示CpcG1在藻胆体组装过程中可能只起到很小的作用。我们构建GFP和CpcG C端的融合基因,所得的GFP融合蛋白定位,清楚地显示CpcG3蛋白依靠它疏水的C端结构域实现了膜定位,一旦失去这段结构,它会游离存在于细胞质中。cpcG3的缺失对于传统藻胆体的组装并没有太大影响,突变株照样显示了良好的光能传递和光能分配能力。但在某些层面上,影响还是存在的:蔗糖密度梯度离心缺少的条带,FRAP显示的移动性增加,这个结果的意义将给以讨论。   Synechococcus sp.PCC7002是一种在光合作用研究中广泛应用的海洋蓝细菌。在DCMU和甘油存在条件下,它可以营光合自养或光合异养生长。但从无甘油环境转到甘油环境时,细胞需要一个很长的适应过程。这一过程是由于甘油代谢产物中的丙酮醛的毒性造成的,一个醛酮还原酶(AKR)-Sakrl之前被发现可以还原丙酮醛,参与解毒过程,而它的同源蛋白Sakr2并未发现AKR活性。现在,在获得了Synechococcus sp.PCC7002基因组全序列之后,又发现了两个AKR蛋白,Sakr3,Sakr4。这两个蛋白之间的同源性非常高,但和前两个蛋白关系较远。所有蓝细菌中,Sakr3,Sakr4成对地出现,系统发生进化树显示Sakr3,Sakr4属于较古老的分支。活性中心的氨基酸残基上,这两者也用Glu代替了一般AKR的Asp。在Sakr4的C端存在两个Fe4S4中心。sakr3的删除并没有影响正常的生长,而是在某些胁迫下的生长有所减缓。试图构建缺失sakr4的突变体没有成功,暗示这个基因对于Synechococcus sp.PCC7002的存活是必需的。
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