（植物学专业论文）高等植物光系统Ⅱ外周蛋白结构和功能的研究.pdf

高等植物光系统外周蛋白结构和功能的研究 摘要 高等植物中的光系统i i ( p s i i ) 具有转换光能为化学能的功能。p s i i 在光下还原质 体醌q b ，推动光合放氧和p s i 电子传递的运转。在高等植物中3 3 、2 3 和1 8k d a 的3 个外周蛋白结合于p s i i 的囊腔侧，对p s l l 放氧活力的维持起着重要作用。3 3k d a 蛋白 对参与光合放氧的核心组分的锰簇具有保护作用，被称为锰稳定蛋白( m a n g a n e s e s t a b i l i z i n gp r o t e i n , m s p ) 。2 3 和1 8k d a 蛋白与光氧化水释放氧的过程中c a ：+ 和c 1 。的结 合相关。本文通过多种生化、生物物理的手段分别对三个外周蛋白的结构和功能的进行 了研究，主要包括以下四个方面的结果。 1 酪氨酸残基参与维持3 3k d a 蛋白的结构和功能 利用乙酰咪唑( n a i ) 化学修饰3 3k d a 蛋白中的酪氨酸残基( t 姐) 。实验结果发现 8 个7 y r 按照它在3 3k d a 蛋白空阔构象中的位置可区分为暴露于表面、浅层包埋和深度 包埋三类。约5 ( 实际5 2 ) 个暴露于表面的t y r 很容易被n a i 修饰，有1 - 2 个浅层包 埋的 r y r 在较高浓度的n a i 条件下可以被修饰，至少还有1 个处于深度包埋的t y r 只有 在3 3k d a 蛋白解析叠情况下才能被修饰。前5 个t y r 被修饰后不影响3 3k d a 蛋白的重 组和恢复放氧能力。内源荧光和远紫外圆二色谱( c d ) 的测定显示此时3 3k d a 蛋白结 构没有变化，表明这些暴露于表面的t y r 对于3 3k d a 蛋白重组到p s i i 膜上和恢复放氧 活力并不重要。当3 3k d a 蛋白中被修饰的 r y r 个数增总数达到6 4 时3 3k d a 蛋白不能 重组到p s i i 膜卜去，放氧活力也得不到恢复。3 3k d a 蛋白的荧光光谱和c d 光谱发生 了明显变化，表明6 4 个t y r 被修饰后的3 3k d a 蛋白发生结构j 二的改变是其失去重组及 恢复放氧活性的根本原因，同时说明有1 - 2 个浅层包埋的t y r 在维持3 3k d a 蛋白的结构 和功能中起重要作用。3 3k d a 蛋白在8m 尿素处理充分解折叠后再用n a i 进行修饰， 可使全部8 个t y r 都被修饰上，此时3 3k d a 蛋白的荧光光谱和c d 光谱发生进一步的变 化，显示3 3k d a 蛋白的结构更加解折叠，结果表明至少有1 个处j 二深度包埋的t y r 也参 与了维持蛋白的高级结构。 2 关键的赖氨酸残基参与维持3 3k d a 蛋白的结构和功能 用n 丙酰基琥珀酰亚胺( n s p ) 对3 3k d a 蛋白中的l y s 进行专一性的修饰。实验 结果表明：o 5 m m n s p 修饰的3 3k d a 蛋白能较好的重组到p s i i 膜上，放氧活力也得到 恢复。荧光光谱和c d 光谱显示修饰的3 3k d a 蛋白结构没有发生明显变化。4 m mn s p 修饰的3 3k d a 蛋白几乎失去重组到p s i i 膜上的能力，p s i i 膜的放氧活力也得不到恢复。 荧光光谱和c d 光谱显示4m mn s p 修饰的3 3k d a 蛋白结构发生明显变化。酶解结合 m a l d i t o f 质谱检测修饰位点，发现l y s 2 0 、l y s l 0 1 、l y s l 9 6 、l y s 2 0 7 、l y s 6 6 ( 或 l v s 7 6 ) 和l v s l 3 0 ( 或l y s l 3 7 ) 只有在4 m mn s p 才修饰得到，由此我们认为这些 l y s 残基对维持3 3k d a 蛋白的结构和功能至关重要。 3 n a i 修饰对2 3k d a 蛋白结构及其与p s i i 膜重组能力的影响 用不同浓度乙酰眯唑( n a i ) 修饰2 3k d a 蛋白的酪氨酸( t y r ) 残基。当修饰浓度分 别为5 、2 0 、4 0m m 时，酪氨酸残基被修饰的个数依次为l 、4 、8 ( 实际值为o 7 8 、3 6 6 、 8 0 2 ) 个。修饰后的蛋白与p s i i 的重组能力降为对照的9 8 、8 0 、4 。结果表明2 3k d a 蛋白的8 个t y r 残基中有1 个不是蛋白重组功能所必须；3 个t y r 残基是蛋白重组所需， 但对重组能力贡献不大；另外约有4 个t y r 残基蛋白重组所必须。用c d 光谱检测了 n a i 修饰前后2 3k d a 蛋白的结构变化。结果显示，n a i 修饰都没有引起蛋2 3k d a 蛋 白结构的明显变化。由此我们推测被n a i 修饰的所有x y r 残基均位于2 3k d a 蛋白的表 面或浅层。此外，我们用c d 光谱探讨了p h 和温度对2 3k d a 蛋白二级结构的影响。 结果表明，溶液的p h 值在4 - 9 或者温度在2 5 5 5 之间，2 3k d a 蛋白的二级结构保持 相对稳定。 4 赖氨酸残基参与1 8k 1 ) a 蛋白与l s l l 膜的结合 为了解1 8k d a 蛋白中带电荷氨基酸残基对该蛋白与p s i i 膜结合的贡献，我们用n - 丙酰基琥珀酰亚胺( n s p ) 和甘氨酸甲酯( g m e ) 分别修饰了蛋白中带正电荷的赖氨酸 ( l y s ) 残基和带负电荷的天冬氨酸和谷氨酸残基。当n s p 浓度分别为2 m m 或4 m m 时， 1 8k d a 蛋白中被修饰赖氨酸残基的个数分别为4 - 1 0 或1 0 一1 4 个。用过量的g m e 修饰 1 8k d a 蛋白中带负电荷的天冬氨酸和谷氨酸残基，蛋白中被修饰氨基酸残基的个数为 3 - 4 个。与对照相比，n s p 修饰的1 8k d a 蛋白雀失了和n a c i 处理过的p s i i 膜的重组 能力，而g m e 修饰的1 8k d a 蛋白与p s i i 的重组能力基本不受影响。我们用c d 和荧 光光谱检测了两种化学修饰对1 8k d a 蛋白结构的影响。结果显示：两种化学修饰都没 i l 有引起1 8k d a 蛋白的c d 和荧光光谱的明显变化，表明两种修饰均末改变1 8k d a 蛋白 的结构，也表明被修饰的残基应当位于1 8k d a 蛋白的浅层。我们认为1 8k d a 蛋白中带 正电荷的赖氨酸残基与1 8k d a 蛋白和p s i i 膜的结合相关；相反，1 8k d a 蛋白中带负电 荷的羧基与结合的关系不大。 关键词光系统；光合放氧；3 3k d a 蛋白；2 3k d a 蛋白；1 8k d a 蛋白；c d 光谱；荧 光光谱；赖氨酸残基：酪氨酸残基 i i i s t u d i e so nt h es t r u c t u r ea n df u n c t i o no fe x t r i n s i cp r o t e i n so fh i g h e r p l a n tp h o t o s y s t e mi i g a oj i n - p e n g ( p l a n ts i e n c e ) d i r e c t e db yp r o f x uc h u n h e a b s t r a c t p h o t o s y s t e mi i ( p s i i ) o fh i g h e rp l a n t sc a t a l y z e st h el i g h t d r i v e nr e d u c t i o no f p l a s t o q u i n o n e ，a n dt h eo x i d a t i o no fw a t e rt om o l e c u l a ro x y g e na n dp r o t o n sa ti t se l e c t r o n d o n o rs i d e o nt h el u m i n a ls i d eo f p s i im e m b r a n e s ，t h r e ee x t r i n s i cp r o t e i n s ，n a m e db yo f 3 3 ， 2 3a n d18k d ap r o t e i n , p l a yi m p o r t a n tr o l e si no x y g e ne v o l u t i o n a m o n gt h e s ee x t r i n s i c p r o t e i n s ，t h e3 3k d ap r o t e i ni sp a r t i c u l a r l yi m p o r t a n tf o rs t a 蛐j z 矗培t h em a n g a n e s ec l u s t e ri n t h ep h o t o s y n t h e t i co x y g e ne v o l v i n gc e n t e ru n d e rp h y s i o l o g i c a lc o n d i t i o n s 2 3a n d18k d a p r o t e i n sa r ei n t i m a t e l yr e l a t e dt o t h eu n i q u er e q u i r e m e n to fc a 2 + a n dc i - , r e s p e c t i v e l y , f o r o x y g e ne v o l u t i o n t h i sr e s e a r c hw o r ki sm a i n l yf o c u s e do nt h es t r u c t u r ea n df u n c t i o no f t h r e e e x t r i n s i cp m t e i n s ，t h em a i nr e s u l t sc o u l db ec o n c l u d e di nf o l l o w i n gf o u rp a r t s 1 s t r u c t u r a la n df u n c t i o n a ld i f f e r e n t i a t i o no ft h r e eg r o u p so ft y r o s i n er e s i d u e sb y a c e t y l a t i o no fn a e e t y l i m i d o z o l ei nt h e3 3k d ap r o t e i n i no r d e rt os t u d yi t sc o n t r i b u t i o nt ot h ea s s e m b l yo ft h e3 3k d a p r o t e i ni n t op h o t o s y s t e m i i ( p s i i ) ，t y r o s i n er e s i d u e sw e r es p e c i f i c a l l ya c e t y l a t e du s i n gn - a c e t y l i m i d o z o l e ( n a j ) i n s o l u b l e3 3k d ap r o t e i n , t h r e eg r o u p so ft y rr e s i d u e sc o u l db ed i f f e r e n t i a t e d b yn m a c e t y j a f i o n ：a p p r o x i m a t e l y5 ( a c t u a l l y 5 2 ) 研r e s i d u e sc o u l d b e e a s i l ya c e t y l a t e d ( s u p e r f i c i a l ) ，1 - 2t y rr e s i d u e s c o u l db e a c e t y l a t e dw h e nt h en 舢c o n c e n t r a t i o nw a s s u f f i c i e n t l yh i g h ( s u p e r f i c i a l l yb u r i e d ) a n d1 - 2t y rr e s i d u e sc o u l do r d yb ea c e t y l a t e di nt h e p r e s e n c eo f t h ed e n a t u r a n t ，u r e a ( d e e p l yb u r i e d ) a c e t y l a t i o no f t h e5 2t y rr e s i d u e sd i dn o t a f f e c tt h er e c o n s t i t u t i o no ro x y g e n - e v o l v i n ga c t i v i t i e so ft h e3 3k d ap r o t e i n ，a n df a r - u v c k c u l a rd i c h r o i s m ( c d ) a n a l y s i ss h o w e dt h a tt h ea l t e r e d3 3k d ap r o t e i n , r e t a i n e dm o s to fi t s n a t i v es e c o n d a r ys t r u c t u r e t h e s er e s u l t ss u g g e s t e dt h a t5 2t y rr e s i d u e sa r en o ta b s o l u t e l y e s s e m i a lt ot h ef u n c t i o no f3 3k d ap r o t e i n , h o w e v e r , f u r t h e rm o d i f i c a t i o no ft h e i - 2 s u p e r f i c i a l l yb u r i e dt y rr e s i d u e s ( f o rat o t a la c e t y h t i o no f - 6 4 研r e s i d u e s ) c o m p l e t e l y a b r o g a t e dr e b i n d i n ga n do x y g e ne v o l u t i o na c t i v i t i e so ft h e3 3k d ap r o t i e n f i n a l l y , a tl e a s t o n et y r o s i n er e s i d u ew a si n a c c e s s i b l et on a iu n t i lt h e3 3k d ap r o t e i nw a sc o m p l e t e l y u n f o l d e db y8mu r e a ap r o m i n e n tr e ds h i f ti nf l u o r e s c e n c es p e c t r ao ft h e3 3k 1 ) ap r o t e i n , ( e x c i t e da t2 8 0o r2 9 5n m ) w a so b s e r v e d 啦e rm o d i f i c a t i o no f 6 4v y rr e s i d u e s a n daf u r t h e r r e ds h i f tc o u l db ef o u n da r e ra l l8t y rr e s i d u e sw e r em o d i f i e d ，i n d i c a t i n gag r e a tl o s so f n a t i v es e c o n d a r ys t r u c t u r e f a r - u vc dr e v e a l e dt h a tt h e3 3k d ap r o t e i nw a sm o s t l yu n f o l d e d w h e n6 4t y rr e s i d u e sw e r em o d i f i e da n dc o m p l e t e l yu n f o l d e dw h e na l l8t y rr e s i d u e sw e r e m o d i f i e d f l u o r e s c e n c ea n df a r - u vc ds t u d i e sr e v e a l e dt h a tl o s so f3 3k d ap r o t e i nf u n c t i o n f o l l o w i n gn a im o d i f i c a t i o nc o r r e l a t e dw e l lw i t hc o n f o r m a t i o n a lc h a n g e si n3 3k d ap r o t e i n , t o g e t h e r , t h e s er e s u l t si n d i c a t et h a td i f f e r e n tt y r o s i n er e s i d u e sh a v ed i f f e r e n tc o n t r i b u t i o n st o t h eb i n d i n ga n da s s e m b l yo f 3 3k d a p r o t e i n , i n t op s i i ， 2 l y s i n er e s i d u e sa r ei n v o l v e di nm a i n t a i n i n gt h es t r u c t u r ea n df u n c t i o no ft h e3 3k d a p r o t e i n t oc l a r i f ys t r u c t u r e - f u n e t i o nr e l a t i o n s h i p so f l y s i n er e s i d u e si nt h e3 3k d a p r o l e i n ，l y s i n e r e s i d u e sw e r es p e c i f i c a l l ym o d i f i e dw i t hn s u c c i n i m i d y lp r o p i o n a t er n s p ) w h e nt h e3 3k d a p r o t i e nw a st r e a t e dw i t h0 5m mn s p , i t sr e c o n s t i t u t i o nw i t hp s i im e m b r a n ea n do x y g e n e v o l v i n ga c t i v i t i e sa r e rt h er e c o n s t i t u t i o nw e r el i t t l ea f f e c t e d a n a l y s i sw j t h 缸u vc i r c u l a r d i c h r o i s m ( c d ) o ri n t r i n s i cf l u o r e s c e n c es p e c t r as h o w e dt h a to 5m m n s p m o d i f i e d3 3k d a p r o t e i nr e t a i n e dm o s to fi t sn a t i v es e c o n d a r ys t r u c t u r e i n c r e a s i n gt h en s p c o n c e n t r a t i o nt o 4 m m ，t h em o d i f i e dp r o t e i nc a n n o tr e b i n dt op s i m e m b r a n e sa n dc o m p l e t e l ye l i m i n a t e dt h e p h o t o s y n t h e t i co x y g e ne v o l u t i o n t h er e s u l t sf r o mb o t hf a ru v - c da n di n t r i n s i cf l u o r e s c e n c e s p e c t r aa n a l y s i ss h o w e dac l e a r l yc o n f o r m a t i o n a lc h a n g ef o r4m m n s p - m o d i f i e d3 3k d a p r o t e i n , s u g g e s t i n gp a r to f l y sr e s i d u e sa r ei n v o l v e di nm a i n t a i n i n gt h es t r i c t u r ea n df u n c t i o n o f3 3k d ap r o t e i n m a p p i n go ft h es i t e so fn s pm o d i f i c a t i o nw a sp e r f o r m e db y s t a p h y l o c o c c u sv 8p r o t e a s ed i g e s t i o no ft h em o d i f i e dp r o t e i na n da n a l y s i sb ym a l d i - t o f m s s t u d i e si n d i c a t e dt h a ts i xl y s i n er e s i d u e si n c l u d i n gl y s 2 0 ，l y s l 0 1 ，l y s t 9 6 ，l y s 2 0 7 ， l y s l 3 0 ( o r1 3 7 ) a n dl y s 6 6 ( o r7 6 ) w e r em o d i f i e do n l yw i t h4 m mn s et h e s ec a n d i d a t e v l y s i n er e s i d u e ss e e m t op l a yac r u c i a lr o l ei nm a i n t a i n i n gs t r u c t u r ea n df u n c t i o no f t h e 3 3k d a p r o t e i n 3 i n f l u e n c e so fn a im o d i f i c a t i o no ht h es t r u c t u r ea n dr e c o n s t i t u t i o na b i l i t yo ft h e2 3 i d ) ap r o t e i no f s p i n a c hp s hm e m b r a n e s 1 ，4a n d8 ( r e a ln u m b e r0 7 8 ，3 ，6 6 ，8 0 2 ) t y r o s i n e ( x y r ) r e s i d u e so nt h ee x t r i n s i c2 3k d a p r o t e i nw e r em o d i f i e dw i t h5 ，10a n d4 0m mn a j ) r e s p e c t i v e l y ，t h ea n a o u n to f t h er e b o u n do f n a i m o d i f i e de x t r i n s i c2 3k d ap r o t e i nw a s9 8 ，8 0 ，5 o ft h a ti nt h ec o n t r 0 1 t h er e s u l t s i n d i c a t e dt h a t1t y rr e s i d u ei sn o ta b s o l u t e l ye s s e n t i a lt or e c o n s t i t u t i o na b i l i t yo f t h ee x t r i n s i c 2 3k d ap r o t e i n o t h e r3t y rr e s i d u e sa r ea b s o l u t e l ye s s e n t i a lt ok e 印t h er e c o n s t i t u t i o na b i l i t y m o r e4t y rr e s i d u e sa r ea b s o l u t e l ye s s e n t i a lt or e c o n s t i t u t i o na b i l i t y f u r t h e r m o r e ，t h e f l u o r e s c e n c ea n dc i r c u l a rd i c h r o i s ms p e c t r ao fn a t i v ea n dn a i m o d i f i e d2 3k d ae x t r i n s i c p r o t e i n sw e r ei d e n t i c a l s u g g e s t i n gt h a tt h en a jm o d i f i c a t i o nd i dn o ti n f l u e n c et h es t r u c t u r e o ft h e2 3k d a p r o t e i n t h u s ，i ti sc o n c l u d et h a ta l lt y rr e s i d u e si nt h ep r o t e i na r es u p e r f i c i a l b u r i e da n di m p o r t a n tf o ri n t e r a c t i o nw i t hp s i i i na d d i t i o n , e f f e c t so fp ha n dt e m p e r a t u r eo n t h es t r u c t u r eo f t h ee x t r i n s i c2 3k d ap r o t e i nw e r es t u d i e d ，s u g g e s t i n gt h a tt h es t r u c t u r eo f t h e e x t r i n s i c2 3k d ap r o t e i nb e h a v e sa sas t a b l ei ns u s p e n s i o n ( p h4 - 9o rt m 2 5 5 5o c ) 4 l y s i n e so ft h ee x t r i n s i c1 8k d ap r o t e i na r ei m p o r t a n tt oi t si n t e r a c t i o nw i t h p h o t o s y s t e mi jm e m b r a n s t od e t e r m i n et h ec o n t r i b u t i o no fc h a r g e da m i n oa c i d st ob i n d i n gw i t ht h ep h o t o s y s t e mi i ( p s i i ) ，t h ea m i n oo rc a r b o x y lg r o u p so ft h ee x t r i n s i c1 8k d ap r o t e i nw e r em o d i f i e dw i t h n - s u c c i n i m i d y lp r o p i o n a t e ( n s p lo rg l y c i n em e t h y le s t e r ( g m e ) i nt h ep r e s e n c eo fa w a t e r - s o l u b l ec a r b o d i i m i d e , r e s p e c t i v e l y b a s e d0 1 1p is h i f t ，4 - 1 0a n d1 0 - 1 4a m i n og r o u p s w e r em o d i f i e di nt h ep r e s e n c eo f2a n d4m mn s p , r e s p e c t i v e l y s i m i l a r l y , 3 - 4c a r b o x y l g r o u p sw e r em o d i f i e db yr e a c t i o nw i t h10 0m m g m e n e u t r a l i z a t i o no f n e g a t i v e l y - c h a r g e d c a r b o x y lg r o u p sw i t hg m e d i dn o ta l t e rt h eb i n d i n ga c t i v i t yo ft h ee x t r i n s i c18k d a p r o t e i n h o w e v e r ，n s p m o d i f i e d18k d ap r o t e i n , i nw h i c ht h ep o s i t i v e l yc h a r g e dm n i n og r o u p sh a d v i b e e nm o d i f i e dt ou n c h a r g e dm e t h y le s t e r s f a i l e dt ob i n dp s i ii nt h ep r e s e n c eo fe x t r m s i c2 3 k d ap r o t e i n t h e s ed e f e c t sc a n n o tb ea t t r i b u t e dt os t r u c t u r a lo rc o n f o r m a t i o n a la l t e r a t i o n s i m p o s e db yc h e m i c a lm o d i f i c a t i o n , s i n c et h ef l u o r e s c e n c ea n dc i r c u l a rd i e h r o i s ms p e c t r a a m o n gn a t i v e ，g m e - a n dn s p - m o d h f i e de x t r i n s i cl8k d ap r o t e i n sw e r ei d e n t i c a l t h u s ，t w a sc o n c l u d e dt h a tt h ep o s i t i v ec h a r g e so fl y sr e s i d u e si nt h ee x t r i n s i c18k d ap r o t e i na l e t h e s es u p e r f i c i a lo rs u p e r f i c i a lb u r i e da n di m p o r t a n tf o ri n t e r a c t i o nw i t hp s i ii nt h ep r e s e n c e o ft h ee x t r i n s i c2 3k d a p r o t e i n ，f u r t h e r m o r e , i tw a sc o n c l u d e dt h a tt h en e g a t i v ec h a r g e so f c a r b o x y lg r o u p so f t h i sp r o t e i nd on o tp a r t i c i p a t e k e yw o r d s ：p h o t o s y s t e mi i ；p h o t o s y n t h e t i co x y g e ne v o l u t i o n ：t h e3 3k d ap r o t e i n ；t h e e x t r i n s i c2 3k d ap r o t e i n ；t h ee x t r i n s i c18k d ap r o t e i n ；c k c u l a rd i c h r o i s m ；f l u o r e s c e n c e s p e c t r a ；t y r o s i n er e s i d u e s ；l y s i n er e s i d u e s v c a b c d c h c a c i l l c v t d c m u d h b d m b q e d c f t 腿 l h c i i l y s m a l d i t o f m s m s p n a i n b s n h s b i o t i n n s p o e c p 6 8 0 队g e p b q p h e o p s i , p s i i q a o b g m e s a s d s t v r t y r d t y r z 主要缩略词表 c h l o r o p h y l la b b i n d i n gp r o t e i n s c i r c u l a rd i e h r o i s m a e y a n o - 4 一h y d r o x y c i n n a m i ea c i d c h l o r o p h y l l c y t o e h r o m e 3 - ( 3 ，4 - d i c h l o r o p h e n y l ) - l ，卜d i m e t h y l u r e a 2 , 5 一d i h y d r o x y b e n z o i ca c i d 2 ，6 一d i m e t h y l p - b e n z o q m n o n e 1 - e t h y l 一3 - ( 3 - d i m e t h y l a m i n o p r o p y l ) c a r b o d i i m i d e f o a r i e rt r a n s f o r mi n f r a r e ds p e c t r o m e t e r l i g h th a r v e s tc o m p l e xi i l y s i n e m a s s s p e c t r o m e t r i ct e c h n o l o g y o f m a f f i x - a s s i s t e dl a s e r d e s o r p t i o n l o m z a f i o i l ，f i m eo f f l i g h t l n b s ss p e c t r o m e t r y m a n g a n e s es t a b i l i z i n gp r o t e i n n a c e t y l i m i d a z o l e n b r o m o s u c c i n i m l d e n h y d r o s u c c i n i m i d o b i o t i n n - s u c ej n i m i d y lp r o p i o n a t e o x y g e n - e v o l v i n gc o m p m x p o l y a c r y l a m i d eg e le l e c t r o p h o r e s i s p - b e n z o q u i n o n e p h e o p h y t i n p h o t o s y s t e m1 ，p h o t o s y s t e mi i p r i m a r yq u i n o n ee l e c t r o na c c e p t o r s e c o n d a r yq u i n o n ee l e c t r o na c c e p t e r s i n a p i ca c i d s o d i u md o d e c y ls u l f a t e t y r o s i n e v i i i 叶绿素a b 结合蛋白 圆二色性 a 氰基- 4 羟基水杨酸 叶绿素 细胞色素 二氯苯二甲脲 2 , 5 一：二羟基苯甲酸 2 , 6 一二甲基对苯醌 乙基二甲基氨基丙基碳二亚胺 傅立叶变换红外吸收光谱 外蒯捕光灭线复合体 赖氨酸 基质辅助激光解析飞行时间 质谱 锰稳定蛋白 乙酰咪唑 n 一溴代琥珀酰弧胺 琥珀酰亚胺生物素 n 丙酰基琥珀酰胺 放氧复合体 反应中心叶绿素a 分子 聚丙烯酰胺凝胶电泳 苯醌 去镁叶绿素 光系统i ，光系统i i 初级醌电子受体 次级醌电子受体 甘氨酸甲酯 芥于酸 十二烷基硫酸钠 酪氨酸 d 2 蛋白第1 6 0 位的酪氨酸残基 d 1 蚩白第1 6 0 位的酪氨酸残基 中科院上海生命科学研究院 研究生学位论文声明 本人郑重声明： 1 ) 所呈交的学位论文，是本人存导师的指导下，独立进行研究工作所取 得的成果。除文中已经沣刳引用的内容或属合作研究共同完成的工作外，本论文 不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对奉文的研究做出重 要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。 2 ) 所呈交的学位论文，实验结果均由相应的实验数据分析得出，实验数 据真实l ij 。靠。 陔声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：高金鹏 日划：2 0 0 6 年6 月5 同 研究生学位论文版权使用授权声明 本人完全了解并同意遵守中科院 海生命科学研究院有关保留、使用学位论 文的规定，即：生科院有权保留送交论文的复印件和电了文件，并提供论文的目 录检索及借阅、查阅：生科院丌以公布沦文的全部或部分内容，可以将本学位论 文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其它复制 手段保存和汇编本学位论文。保密的论文在解密后遵守此规定。 作者签名：吾髀导师签名：互勰h 剃：一 综述部分1 光系统i i 结构和功能的研究进展 第一章综述部分 1 光系统结构和功能的研究进展 引言 光合作用是光合生物直接利用太阳能合成有机物质的整个过程，它是地球上生命活 动赖以维持的基础。高等植物、藻类、和光合细菌都可以进行光合作用，相比之下，高 等植物的光合作用最为重要。这是因为植物在利用太阳能合成有机物的同时释放出氧 气，与此同时形成了可保存更多能量的有氧代谢。涉及光合作用机理的研究一直是生命 科学研究中的热点之一，其相关研究因为在科学发展史上作出的重大贡献而多次获得诺 贝尔奖，】9 8 8 年d e i s e n h o f e r 等3 位科学家因首次成功解析紫细菌光合反应中心的膜蛋 白复合体而获得诺贝尔化学奖，基金委员会在对该工作的得奖评语中称光合作用是地球 上最重要的化学反应。 类囊体膜是植物光合作用中将光能转化成活跃化学能的主要运作部位。在类囊体膜 上镶嵌有4 个主要的超分子膜蛋白复合体，它们分别是光系统i i ( p s i i ) 、c y tb 6 f 复合 体、光系统t ( p s i ) 和a t p 合酶 1 ，2 】。光合作用的原初反应，光合电子传递和光合磷 酸化等反应步骤就是在这4 种蛋白复合体卜完成的。光能由捕光天线色素吸收后，经过 光合色素之间的激发能传递至进行原初光化学反应的核，心部位，即咒化学反应中心。绿 色植物的类囊体膜上有两种光化学反应中心，光系统i ( p s l ) 和光系统i i ( p s i ) 。我所 在小组的研究主要集中在光系统i i 。 1 1p s i i 的主要功能 结合在p s i i 上的各种天线色素分子吸收光能后，经过一系列能量传递过程，最终将 激发能传递给特殊的叶绿素a ( c h ld ) 分子由两个c h la 组成的反应中心p 6 蚰【3 】。 处于激发态的p 6 舯迅速将一个电子传给邻近的一个去镁叶绿素分子( p h e o p h y t i n ，p h e o ) ， 产生电荷分离，形成原初电荷对p s s o + p h e o 。在还原侧，p h e o 。将电子传给初级醌电子受