主要捕光复合物在低光照条件下可以有效地吸收光能进行光合作用,在强光照条件下它可以有效地耗散光能来保护植物免受氧化损伤。激发能的非辐射能量耗散是植物重要的光保护机制。在高强度光照条件下,类囊体腔内积累的△pH能够激活叶黄素循环和PsbS蛋白。叶黄素循环和PsbS蛋白对植物的光保护机制有重要的调节作用,但是它们并不是植物非光化学能量耗散所必需的。植物非光化学能量耗散机制是现在研究的一个热点。虽然在这个方向有大量的研究报道,但是有很多问题仍然不清晰明了。因此,在本论文中我们利用了各种理论方法来研究植物能量耗散的机制。这些方法包括计算蛋白质中酸性氨基酸pKa的方法,拉伸动力学方法和高温动力学方法。在本论文中我们试图从三个方面研究非光化学能量耗散的机制。首先,植物体内和体外实验表明,△pH可以直接将主要捕光复合物从光能吸收状态转变到光能耗散状态。但是主要捕光复合物中哪些氨基酸在光保护中通过应答△pH而在植物光保护中发挥作用仍然不清楚。因此,我们用H++程序计算了类囊体腔侧酸性氨基酸的pKa值,并且与植物非光化学耗散的pKa进行对比来发现哪些氨基酸是应答△pH的潜在位点。其次,因为蛋白的结构决定了蛋白的功能,因此探究主要捕光复合物的结构特点对理解主要捕光复合物有重要的启发。主要捕光复合物中两个结构域,螺旋A-lutein1和螺旋B-lutein2呈现出二重对称性。但是主要捕光复合物的这种二重对称性并没有导致功能上的对称性。比如,螺旋A-lutein1在能量耗散和整个复合物结构稳定性方面都发挥了很重要的作用,而螺旋B-lutein2的功能却并不明确。我们用拉伸动力学探究了lutein1和lutein2与主要捕光复合物是否具有相同的结合活性。最后,我们接着用高温分子动力学的方法研究主要捕光复合物这两个结构域的动力学特点。我们主要得到如下的结果：第一,我们用理论计算的方法发现,Asp211和Asp215可能是主要捕光复合物应答pH变化的氨基酸。进一步我们发现,Asp215是三聚体中最外侧的酸性氨基酸,因此它的质子化／去质子化状态在植物的光保护中可能发挥了很重要的作用。第二,拉伸动力学结果表明这两个lutein与主要捕光复合物的结合活性没有明显的差别。我们进一步研究了lutein的两个环状头部是否对lutein的结合具有相同的贡献。结果表明,靠近基质侧的环状头对主要捕光复合物具有更强的结合活性。因此,lutein1和lutein2在非光化学能量耗散中的作用并不是由它们的结合活性造成的。并且lutein的靠近类囊体腔侧的部分与蛋白结合地更加松散,这可能与它发生构象转变,进而诱导非光化学能量耗散有关。第三,分子动力学模拟的研究表明螺旋A和螺旋B具有不同的热稳定性。与螺旋B相比,螺旋A更不稳定。但是当有lutein存在的时候,螺旋A变得稳定。在动力学过程中,螺旋A的Ala187-Gly193区域表现出热不稳定性。以前的研究表明主要捕光复合物通过构象变化由光能捕获状态转变为能量耗散状态,并且这种构象转变是由结合在螺旋A上的lutein诱导的。并且以前的研究认为结合在A螺旋上的lutein是主要捕光复合物成熟的必要条件。我们的动力学结果也表明lutein对于稳定A螺旋起到了很重要的作用。因此,我们推测结合在A螺旋上的lutein在吸收光能后进入到激发态,并且发生了一个小的构象转变,lutein的这个小的构象转变进而诱导主要捕光复合物发生一个大的构象转变,最后主要捕光复合物由光能捕获状态变为能量耗散状态。