（植物学专业论文）拟南芥叶绿体基质亲免蛋白roc4和attig对psii功能调节研究.pdf

兰州人学博上学位论文摘要 摘要 光系统i i p s i i 是一个存在于叶绿体类囊体膜上的多亚基膜蛋白复合物 由2 0 多个由核基因组和叶绿体基因组共同编码的亚基组成 它参与催化最重要 的生化反应 即受光驱动裂解水并提取和传递其电子至醌 起始光反应的电子传 递 同时释放氧气 p s h 对光及氧化胁迫尤为敏感 因此 p s i i 复合物的生物发 生及稳定性的相关调控极其重要 很多核基因编码的蛋白质辅助因子或调节蛋白 都参与这些调控过程 其中就包括具有p p i a s e 活性的亲免蛋白 在叶绿体基质 内 只有两个亲免蛋白 包括仅有的亲免素r o c 4 和仅有的f k b p 蛋白a t t i g 为了更为深入地研究p s i i 复合物的生物发生和稳定性调控中的内在分子机理 本文利用反向遗传学方法 刻画了r o c 4 和a t t i g 突变体的生理学特性 并着重探 讨r o c 4 和a t t i g 蛋白在p s i i 生物发生和稳定性中的生理学功能 我们首先使 用t d n a 敲除突变体r o c 4 来研究r o c 4 蛋白在拟南芥体内的生理学功能 结果 显示 r o c 4 不是p s i i 生物发生和功能行使所必需的蛋白 但是 r o c 4 突变体 p s i i 活性在高光下光抑制比野生型更为严重 在叶绿体合成抑制剂林可霉素存在 下 可以阻止新的蛋白质合成 从而阻断p s i i 的修复 此时进行光抑制处理 r o c 4 突变体和野生型的p s i i 活性受抑制程度却相似 同时 光恢复实验表明光 抑制处理后 r o c 4 突变体叶片的p s i i 活性恢复慢于野生型的 免疫印记实验表 明在林可霉素存在时进行光抑制处理后 r o c 4 突变体的p s i i 反应中心蛋白的降 解程度与野生型相当 这些结果说明 r o c 4 在帮助受光抑制的p s i i 的恢复过程 中起作用 此外 为了阐明a t t i g 蛋白在拟南芥体内的生理学功能 我们同时 还研究了a t t i g 基因的t d n a 插入和r n a i 突变体 结果表明在正常生长条件或 高光胁迫条件下 a t t i g 基因几乎没有转录并不影响p s i i 复合物的生物发生和稳 定性 因此 a t t i g 蛋白对p s i i 结构和功能而言有可能不是必需的 最后 为 了探讨基质中亲免蛋白是否对p s i i 功能行使起作用 对双突变体r o c 4 a t t i g 的p s i i 活性进行检测 发现与野生型没有差别 此外 双突变体r o c 4 a t t i g 的生长也与 野生型的一致 因此r o c 4 和a t t i g 的共同突变对p s i i 的生物发生和功能行使 几乎没有影响 关键词 光系统i i 组装光抑制修复突变体r o c 4a t t i g i v 兰州人学博上学位论文 a b s t r a c t p h o t o s y s t e mi i p s i i i sam u l t i s u b u n i tm e m b r a n ep r o t e i nc o m p l e x i tc a t a l y z e s t h em o s ti m p o r t a n to fa l lb i o c h e m i c a lr e a c t i o n s t h el i g h t d r i v e nt r a n s f e ro fe l e c t r o n s f r o mw a t e rt op l a s t o q u i n o n e w h i c hg e n e r a t e sm o s to ft h eo x y g e ni nt h ee a r t h s a t m o s p h e r e p s i ic o n s i s t so fm o r et h a n2 0s u b u n i t st h a ta r ee n c o d e db yb o t ho f n u c l e a ra n dc h l o r o p l a s tg e n o m e s p s i ii sa l s op a r t i c u l a r l yv u l n e r a b l et ol i g h ta n d o x i d a t i v es t r e s s t h u s t h er e g u l a t o r yp r o c e s si si m p o r t a n tf o rt h eo p t i m a lf u n c t i o no f p s i i i nt h ec h l o r o p l a s ts t r o m a t h e r ea r et w ou n i q u ei m m u n o p h i l i n s t h eo n l y e y c l o p h i l i nr o c 4a n dt h eo n l yf k b pp r o t e i na t t i g h e r e t oe x p l o r et h ef u n c t i o no f r o c 4a n da t t i gi np s i i w ec h a r a c t e r i z e dr o c 4a n da t t i gm u t a n t sb yr e v e r s eg e n e t i c a p p r o a c ha n df o c u s e dt h ep h y s i o l o g i c a lr o l eo np s i ia c t i v i t yo fr o c 4a n da t t i g w e f i r s t l yu s e dt h et d n ak n o c k o u tm u t a n to fr o c 4t os t u d yt h ep h y s i o l o g i c a lr o l eo f r o c 4 nv i v oi na r a b i d o p s i st h a l i a n a o u rr e s u l t ss h o w e dt h a tr o c 4i sn o tr e q u i r e d f o rt h eb i o g e n e s i sa n df u n c t i o n a lo p e r a t i o no fp s i i h o w e v e r g r o w t hi ng r e e n h o u s e a n dp s i ia c t i v i t y a sd e t e c t e db yp h o t o i n h i b i t i o nm e a s u r e m e n t ss h o w e di n c r e a s e d s e n s i t i v i t yt oh i g hl i g h ti r r a d i a n c ei nt h em u t a n t i nt h ep r e s e n c eo fc h l o r o p l a s tp r o t e i n s y n t h e s i si n h i b i t o rl i n c o m y c i n w h i c hb l o c k sd eh o v op r o t e i ns y n t h e s i sa n dt h u st h e r e p a i ro fp s i i w i l d t y p ea n dm u t a n tp l a n t ss h o w e das i m i l a re x t e n to fi n a c t i v a t i o no f p s i ia c t i v i t y t h er e c o v e r yo fp s i la c t i v i t yi nr o c 4l e a v e sf r o mp h o t o i n h i b i t i o ni sa l s o i m p a i r e dc o m p a r e dw i t ht h a to fw i l d t y p ep l a n t s i m m u n o b l o ta n a l y s i ss h o w e dt h a t t h ed e g r a d a t i o no fp s i i r e a c t i o nc e n t e rp r o t e i n so c c u r r e da tas i m i l a rr a t ei nt h e p r e s e n c eo fl i n c o m y c i ni nw i l d t y p ea n dm u t a n tp l a n t s t h u s t h e s er e s u l t ss u g g e s t t h a tr o c 4f u n c t i o n si nt h er e p a i ro fp h o t o d a m a g e dp s i i t h e n t d n ai n s e r t i o n l i n e sa n dr n a it r a n s g e n i cp l a n t so f a t t i gg e n ew e r eu s e dt os t u d yt h ep h y s i o l o g i c a l r o l eo fa t r i gi nv i v oi na r a b i d o p s i st h a l i a n a o u rr e s u l t ss h o w e dt h a tt h ef u n c t i o no f p s l lw a sn o ta f f e c t e di na t t i gm u t a n t si ne i t h e ro p t i m a lg r o w t ho rh i g hl i g h ts t r e s s c o n d i t i o n s w h i c hi n d i c a t e s t h a ta t t i gi sl i k e l yt ob ed i s p e n s a b l e t os t u d yt h e f u n c t i o no ft h e s ei m m u n o p h i l i n si ns t r o m af o rp s i ia c t i v i t y r o c 4 a t t i gd o u b l em u t a n t w a sg e n e r a t e d o u rr e s u l t ss h o w e dt h a tt h ed o u b l em u t a n tr o c 4 a t t i gh a v en oe f f e c to n t h eb i o g e n e s i sa n df u n c t i o n a lo p e r a t i o no fp s i i k e yw o r d s p h o t o s y s t e mi ia s s e m b l yp h o t o i n h i b i t i o nr e p a i rr o c 4a t t i g v 兰州大学博士学位论文缩写词 缩写词a b b r e v i a t i o n s a t p a g ea s s o c i a t e dw i t hv a r i o u sc e l l u l a r a a a 十 三磷酸腺苷酶超家族 a c t i v i t i e s a b c a t p o b i n d i n gc a s s e t t e a t p 结合区 a la c t i v el i g h t 活化光 k qa d e n o s i n et r i p h o s p h a t e 三磷酸腺苷 a t r i g a r a b i d o p s i st r i g g e rf a c t o r 拟南芥触发因子 b c a b i c i n c h o n i n i ca c i d联喹啉二羧酸 b i s n n m e t h y l e n e b i s a c r y l a m i d e 甲叉双丙烯酰胺 b l r pb l u el i g h t r e s p o n s i v ep r o m o t e r 蓝光敏感性启动子 b n g e l b l u en a t i v eg e l蓝绿温和胶 b s ab o v i n es e r u ma l b u m i n 牛血清白蛋白 c a mc a l m o d u l i n 钙调素 c a rc a r o m n e 胡萝卜素 c e s c o n t r o l l e db ye p i s t a s yo fs y n t h e s i s上位合成调控 c f 0 c f l c h l o r o p l a s tc o u p l i n gf a c t o r s 叶绿体a t p 酶偶联冈子 c h l c h l o r o p h y l l 叶绿素 c o l c o l u m b i a o拟南芥哥伦比亚 0 型 c t a j 3 c e t y l t r i m e t h y la m m o n i u mb r o m i d e 溴化十六烷三甲基铵 c t p a c t e r m i n a lp r o c e s s i n gp r o t e a s e c 末端加工酶 c s a c y c l o s p o r i na 环孢素a c y p c y c l o p h i l i n 亲免素 c y t b 5 5 9c y t o c h r o m eb 5 5 9 细胞色素b 5 5 9 c y t b f fc y t o c h r o m eb 6 f细胞色素b 6 f d e p c d i e t h y l p y r o c a r b o n a t e 焦碳酸二乙酯 d m d o d e c y lp d p y r a n o s i d e 十二烷基麦芽糖苷 d n a d e o x y r i b o n u c l e i ca c i d脱氧核糖核酸 d r r d i t h i o t h r e i t o l二硫苏糖醇 e d t a e t h y l e n ed i a m i n et e t r a a c e t i ca c i d 乙二胺四乙酸 f k b p s f k 5 0 6 七i n d i n gp r o t e i n s f k 5 0 6 结合蛋白 f m t h em a x i m a lf l u o r e s c e n c e 暗适应后的最大荧光 f ot h em i n i m a lf l u o r e s c e n c e 暗适应后的初始荧光 兰州大学博士学位论文缩写词 f rf a rr e dl i g h t 远红外光 h c f h i g hc h l o r o p h y l lf l u o r e s c e n c e 高水平叶绿素荧光 n 2 h y d r o x y e t h y l p i p e r a z i n e n 2 e t h a n h o p e s n 2 羟乙基哌嗪 n 2 乙磺酸 es u l f o n i ca c i d h m h o m o z y g o u s 纯合体 h s ph e a ts h o c kp r o t e i n热激蛋白 h z h e t e r o z y g o u s 杂合体 i p t g i s o p r o p y l b e t a d t h i o g a l a c t o p y r a n o s i d e异丙基 1 3d 硫代半乳糖苷 k d ak i l o d a l t o n 千道尔顿 l c hi i l i g h t h a r v e s t i n gc o m p l e xi i 捕光复合物i i l m ml o wm o l e c u l a rm a s sp r o t e i n s低分子量蛋白 t p a l o wp h o t o s y s t e mi ia c c u m u l a t i o n低光系统h 累积 m l m e a s u r i n gl i g h t 测量光 m r n a m e s s a g er i b o n u c l e i ca c i d 信使核糖核苷酸 n i c o t i n a m i d ea d e n i n ed i n u c l e o t i d e n a d p h烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸 辅酶i l p h o s p h a t e o e c o x y g e ne v o l v i n gc o m p l e x 放氧复合体 p 6 8 0 p r i m a r ye l e c t r o nd o n o 娼 p s i i 的原初电子供体 p a g e 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 聚丙烯酰胺凝胶电泳 p a m p u l s ea m p l i t u d em o d u l a t e df l u o r o m e t e r 脉冲调制叶绿素荧光仪 a t p i n a r a b i d o p s i sp a r v u l i n s 拟南芥小小菌素 p c p l a s t o c y a n i n 质体蓝素 p c r p o l y m e r a s ec h a i nr e a c t i o n 聚合酶链式反应 p d l p r e c u r s o rd1p r o t e i nd 1 蛋白前体 p h e o p h e o p h y t i n 脱镁叶绿素 p lp u l s el i g h t饱和脉冲 p p 2 a p r o t e i np h o s p h a t a s e2 a 蛋白磷酸酶2 a p p 2 b p r o t e i np h o s p h a t a s e2 b 蛋白磷酸酶2 b p p i a s e p e p t i d y l p r o l y lc i s t r a ni s o m e r a s e 肽基脯氨酰顺反异构酶 p qp l a s t o q u i n o n e 质体醌 p r x p e r o x i r e d o x i n s 抗氧化蛋白 p s l p h o t o s y s t e mi 光系统i p s i i p h o t o s y s t e mi i 光系统i i i l 兰州人学博士学位论文缩写词 q ap r i m a r yq u i n o n ea c c e p t o ro fp si ip s i i 原初醌受体 q bs e c o n d a r yq u i n o n ea c c e p t o ro f p s1 1 p s i 次级醌受体 r cr e a c t i o nc e n t e r 反应中心 r n a r i b o n u c l e i ca c i d 核糖核酸 r n 灿r n ai n t e f f e r e n c er n a 干扰 r n c s r i b o s o m en a s c e n tc h a i n核糖体新生链 r o c 4r o t a m a s ec y p4a r c y p 2 0 3 i u 乙p c rr e v e r s et r a n s c r i p t i o n p c r反转录p c r s a ts e r i n ea c e t y l t r a n s f e r a s e 丝氨酸乙酰基转移酶 s d ss o d i u md o d e c y ls u l f a t e 十二烷基硫酸钠 s i 冲 s i g n a lr e c o g n i t i o np a r t i c l e信号识别颗粒 t f t r i g g e rf a c t o r触发因子 t p r t e t r a t r i c op e p t i d er e p e a t一种结构域名称 t r i sr if f s h y d r o x y m e t h y a m i n o m e t h a n e 三羟基氨基甲烷 聚氧乙烯 2 0 山梨聚糖酐单月桂酸 t w e e n 2 0 p o l y o x y e t h y l e n es o r b i t a nm o n o l a u r a t 吐温一2 0 t 奴咖t h i o r e d o x i n m m 型硫氧还蛋白 w tw i l dt y p e 野生型 圪 t y r z d 1 蛋白的1 6 1 位的酪氨酸残基 i i i 原创性声明 本人郑重声明 本人所呈交的学位论文 是在导师的指导下独立 进行研究所取得的成果 学位论文中凡引用他人已经发表或未发 表的成果 数据 观点等 均已明确注明出处 除文中己经注明 引用的内容外 不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研 成果 对本文的研究成果做出重要贡献的个人和集体 均已在文中以 明确方式标明 本声明的法律责任由本人承担 论文作者签名 日期 关于学位论文使用授权的声明 本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品 知识产权归 属兰州大学 本人完全了解兰州大学有关保存 使用学位论文的规定 同意学校保存或向国家有关部门或机构送交论文的纸质版和电子版 允许论文被查阅和借阅 本人授权兰州大学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 可以采用任何复制手段保存和 汇编本学位论文 本人离校后发表 使用学位论文或与该论文直接相 关的学术论文或成果时 第一署名单位仍然为兰州大学 保密论文在解密后应遵守此规定 论文作者签名 导师签名 兰州大学博 学位论立第一部分前言 第一部分前言 光合作用 p h o t o s y n t h e s i s 是植物 藻类 以及一些原核生物利用太阳光能 将无机物转换成有机物同时释放出氧气的过程 它不仅是生物圈能量和食物的最 初来源 也是维持大气圈中氧气水平的主要因素之一 在植物和藻类中 进行光合作用的细胞器叫叶绿体 c h l o r o p l a s t 图1 叶绿体由一双层脂膜包被 内膜 膜间隙和外膜 一个典型的植物细胞包含有 1 0 1 0 0 个叶绿体 双层膜内充满了流动的基质 s t r o m a 基质中具有亚细胞器 类囊体膜 类囊体膜为片层结构 垛叠成基粒 g r a n a 称为基粒片层 g r a n a l a m e l l a 而基粒之间的类囊体膜则称为基质片层 s t r o m al a m e l l a 类囊体膜的 内部空腔称为囊腔 1 u m e n 图1 叶绿体结构模式图 黄色为叶绿体外膜 绿色为类囊体膜 其间为基质 摘自 h t t p w w w b i o l o g y i u p u i e d u b i o c o u r s e s n 1 0 0 2 k 4 c h 6 d h o t o s v n t h n o t e s h t m l 光合作用包括两个过程 光反应 1 1 咖 d e p e n d e n tr e a c t i o n s 和暗反应 1 i g h t i n d e p e n d e n tr e a c t i o n s 光反应在类囊体膜上进行 包括吸收并传递太阳 能 裂解水 释放氧气 生成高能磷酸化合物a t p 和还原力n a d p h 叶绿体基 质含有大量的核酮糖二磷酸羧化酶以及其它酶类 暗反应即二氧化碳的固定反应 就在基质中进行 最终利用光反应形成的 j t 将二氧化碳还原为糖类 叶绿体 基质还含有少量遗传物质 使叶绿体具有半自主遗传特性 高等植物类囊体上 有序分布着由膜蛋白 色素所形成的复合体 图2 包括 光系统 p s i i 光系统i p s i 细胞色素b d 复合物和a t p 台成酶等 四类主要蛋白质复合体 它们是执行光反应功能的物质基础 是光台电子传递链 e l e c t r o n t r a n s f e rc h a i n 的主要组成部分 这些复合体在类囊体卜的分布不均一 州人学博 学位论文第一部分前言 一般来说 p s i i 主要分布在基粒类囊体上 p s i 和a t p 合成酶位于基质片层 而 细胞色素b 6 f 复合物在基粒片层 基质片层 基粒边缘膜和末端基粒膜等膜区均 有分布 a n d e r s o n 和m e l i s 1 9 9 3 这些复合体具有相对独立的功能 但又相互 关联 有机地组合成为光反应的结构基础 p s i i 吸收光能 裂解水 释放氧气和 质子 电子从水传递至p s i i 通过醌库 细胞色素h 6 f 复合体和质体蓝素 p c 传递至p s i 复合体井生成还原力n a d p h 电子传递伴随着跨膜质子电动势 包 括膜电位和质子梯度 的形成 在a t p 合成酶的催化下合成a t p p s i i c y t b 6 f p s ia t p s y n t h a s e 图2 类囊体四人复台体组成及光反应模式图 图中依次表w ip s i i 细胞色素b 6 f p s i a t p 台成酶等复合物及其 基 光反应中电子传递路径则用黑线表示 摘自 h t l p n 5 6 2 1 7 s b c s q m u l a c u k n i e l d 类囊体的发育是一个色素 脂类化台物和蛋白质逐步组装成结构和功能单位 的过程 合成的蛋白质或多肽插入发育的类囊体中 与其它化合物组成各种稳定 的色素一蛋白质复合体 这一过程受到细胞核 叶绿体以及环境 如光照 的调 控 作为光合电子传递链上的第一个色素蛋白复合物 p s i 不仅利用光能催化水 裂解释放氧气并把电子传递给质体醌 而且还是环境胁迫中的主要的损害位点 因此对p s i 的结构功能 生物发生及稳定性的研究对于帮助理解光合作用的机 理具有重要意义 i p s i i 复合体的结构和功能 p s i i 是位于类囊体膜e 的具2 0 多个亚基的复合物 f e r r c i r a 等 2 0 0 4 z o u n i 等 2 0 0 1 包括p s i i 反应中心 p s i 一r c 复合物 d i d 2 细胞色素b 5 5 9 的q 州大学博 学位论文第一部分前言 b 一亚基 p s b l 蛋白 内周捕光 天线 色素蛋白 c p 4 3 和c p 4 7 放氧复合物 o e c p s b o p s b p 和p s b q 和1 0 多个l m m 蛋白等 f 哪面a 等 2 0 0 4 z o u n i 等 2 0 0 1 图2 3 表1 高等植物中 有生物活性的p s i 以二聚体形式存在于基 粒类囊体膜上 同时与外周捕光色素蛋白 l h c h 复合体结合形成p s n l h c i i 超级复合体 b o e k e m a 等 1 9 9 9 n i e l d 等 2 0 0 0 在高等植物 绿藻和蓝细菌中 p s i i 作为光合电子传递链上的第一个色素蛋 白复合物具有两大主要功能 第一 吸收并利用光能裂解水释放氧气 质子和电 子 第二 传递电子至质体醌库 p q 概括如下 图3 b p s i 瞒光色索复合 体吸收的光能氧化反应中心色素对p 6 8 0 电子传递至相邻的脱镁叶绿素 p h e o 然后再传递给质体醌库成为流动的电子载体而进入下一步电子传递 同时 d l 蛋白的y z t 打1 6 1 通过锰簇从水分子得到电子 把电子传递至氧化了的反应中 心色素对p 6 8 0 不断补给电子至电子传递链 a n d e r s s o n 录l s t y d n g 1 9 9 1 f l l 图3p s i i 复合体结构和功能模式图 a p s i i 一 聚体结构 bp s i i 主要功能 摘自 h t t p w w w e h m b r i s a c u k m o m d o e c m o t m h t m 1 1p s h 反应中心 p s i i 反应中心是p s i i 的核心部分 由叶绿体编码的d 1 d 2 细胞色素b 5 5 9 的 一 b 一亚基 和p s b i 蛋白组成 负责行使电荷分离 c h a r g es e p a r a t i o n 和电子 传递功能 n a n b a 和s a t o h 1 9 8 7 w e b b e r 等 1 9 8 9 1 分离纯化得到的p s l l 一r c 还 包括这些蛋白所结合的c h la p h e o 和b c a r d 1 蛋白是一个具有5 个跨膜螺旋 i v 或a e 和两个表面螺旋区 1 1 1 和 的 l u m e n 侧 和v 的基质侧 的疏水性蛋白 图4 成熟的d 1 蛋白分子量约3 8k d a 乒一 歹 歹 瓣淤 蓍 勰 i lj 霪毋 兰州大学博士学位论文第一部分前言 表l 高等植物光系统n 的亚基组成 除l h c i i 及其结构特点和主要功能 彭连伟 2 0 0 6 b r i c k e r 和f r a n k e l 2 0 0 8 g a r e i a c e r d f i n 等 2 0 0 9 l u n d i n 等 2 0 0 7 u m a t e 等 2 0 0 7 y i 等 2 0 0 7 基因 m i p s 编号蛋白亚基a 跨膜主要功能 螺旋数 p s b ap s b a d l5 反应中心蛋白 结合y z 以及 p 6 8 0 p h e o q b 参与电子传递 p s b bp s b b c p 4 7 6 反应中心天线蛋白 激发能汇集 维 持放氧复合物结构 参与水裂解放氧 p s b cp s b c c p 4 3 6 反应中心天线蛋白 激发能汇集 维 持放氧复合物结构 参与水裂解放氧 p s b d p s b d d 2 5 反应中心蛋白 结合y d 以及 p 6 8 0 p h e o q a 参与电子传递 p s b e p s b e a c y t b 5 5 9 l 反应中心蛋白 结合血红素 参与环式电子传递 光保护功能 p s b f p s b f 1 3 c y t b 5 5 9 l 反应中心蛋白 结合血红素 参与环式电子传递 光保护功能 p s b hp s b h p s b h l 光保护 p s i i 受体侧电子传递 帮助p s i i 组装或维持p s h 的稳定性 p s b ip s b i p s bll 维持高光下p s i i 的结构和功能 参与二聚体p s i i 的形成或稳定性 稳定并参与d 1 和c p 4 3 的早期组装 p s b jp s b j p s b j 1 反应中心及放氧复合物的组装 参与p s i i 内部的电子传递 p s b kp s b k p s b kl 维持p s i i 的二聚体 形式 与质体醌的结合 p s b lp s b l p s b l l 维持p s i i 的二聚体形式 供体侧的电子传递 p s i i 的组装 p s b mp s b m p s b m l 维持有效的p s i i 电子传递功能 p s i i 的组装 p s b n p s b n p s b n l 9 p s b 0 1 a t 5 9 6 6 5 7 0 o e 3 30 稳定锰簇 c a 2 c i 的结合 放氧复合物重要的组成部分 4 州 学博士学位论文第郭分前言 p s b 0 2 a t 3 9 5 0 8 2 0 p s i i 放氧活性 参与p s i 修复中d l 蛋白 去磷酸化和有效周转 黧 a t l 9 0 6 6 8 0 0 e 2 3 c a c l 的结合 a t 2 9 3 0 7 9 0 稳定锰攘 影响p s r 的组装和稳定性 p s b q la t 4 醇1 2 8 0 o e l 6 c a c r 的结台 p s b q 2 a t 4 舯5 1 8 0 a t l 9 7 9 0 4 0 0 对p s b p 的组装起直接的连接作用 a t l 9 4 4 5 7 5 p s b s 光保护 过剩能量的热耗散 p s b t邶参与光恢复 参与二 聚体p s l 7 的形成或稳定性 a t 2 9 3 0 5 7 0 p s b w 参与二聚体p s i i 的形成 光保护作用 a x a t 2 9 0 6 5 2 0 p s b x 在q b 位点协助质体醌的结台与周转 有功能p s i i 的累积和稳定 n 6 y a t l 9 6 7 7 4 0 p s b y p s b zy c l 9连接l h c i i 与p s i 反戍中心 p s b 2 7 a t l 9 0 3 6 0 0 p s b 2 7 参与p s i 的光恢复 帮助锰簇组装至p s i i p s b 2 9 a t 2 9 2 0 8 9 0 p 曲2 9o 维持高光下p s i 的结构和功能 p s b 3 0y c f l 2 p s b 3 0 维持高光下p s i i 的结构和功能 图4d 1 d 2 蛋白结构模式图 它们各有5 个跨膜螺旋 n 末端均在基质侧 c 末端均在l 蛳m 侧 d l d 2 蛋白n 末端的磷酸化位点分别用 t 表示 摘自 h t t n n 5 6 2 1 7 s b c s o m u l a c u k n i e l d o s i i m a g e s d i h t m l h t t p n 5 6 2 1 7 s b e s q m u l a e u l d n i e l d p s m m a g e s d 2 h l r n l 纛一 k 尊 荽戆 兰州大学博士学位论文第一部分前言 它的n 和c 末端都需要经过翻译后修饰 在高等植物中 d 1 蛋白n 末端的苏氨 酸可被可逆性磷酸化 m i c h e l 等 1 9 8 8 图4 d l 蛋白具有两个重要功能 首先 它含有的一些特殊位点直接参与p s i i 电子 传递 如 d 1 一y z 为p 6 8 0 的电子供体 y z 为p 6 8 0 提供电子可能需要通过h i s l 9 8 电子从p 6 8 0 传递至p h e o 贝l j 可能需要经i 妇t y r l 2 6 t y r l 4 7 a l a l 5 0 和g l u l 3 0 电子 至q b 的传递则需要通过t y r 2 5 4 p h e 2 5 5 g i y 2 5 6 等的作用 而锰簇是通过a s p l 7 0 g l u l 8 9 g l n l 6 5 a l a 3 4 4 h i s l 0 9 h i s 3 3 2 和h i s 3 7 7 作用的 d e b u s 1 9 9 2 m i c h e l 和d e i s e n h o f e r 1 9 8 8 此外 d 1 蛋白比类囊体上的其它蛋白周转 t u r n so v e r 要 快得多 m a t t o o 等 1 9 8 4 使得p s i i 易受到光诱导破坏 b a r b e r 和a n d e r s o n 1 9 9 2 产生光抑制 p h o t o i n h i b i t i o n 降低光合效率 d 1 蛋白的降解 合成和重新组装 对维持p s i i 的功能十分重要 d 2 蛋白是d l 的同源蛋白并与其形成异二聚体构成p s i i 反应中心的核心 d 2 蛋白分子量略大 为3 9 5 k d a 也具五个跨膜区和两个表面螺旋 m i c h e l 和 d e i s e n h o f e r 1 9 8 8 图4 高等植物中 d 2 蛋白n 末端的苏氨酸也被可逆性磷酸 化 m i c h e l 等 1 9 8 8 d 2 蛋白上与电子传递相关的位点较d i 蛋白少 d 2 h i s l 9 8 也与p 6 8 0 作用 t h r 2 1 8 p h e 2 5 3 y f i t r p 2 5 4 贝j j 与紫细菌的q a 电子传递相关 m i c h e l 和d e i s e n h o f e r 19 8 8 d 2 g l u 6 9 还被认为是锰簇配体 v e r m a a s 等 19 9 3 一般 而言 d 2 蛋白的周转不快 但是在极端条件下其周转速率也会加快 s c h u s t e r 等 1 9 8 8 细胞色素b 5 5 9 与反应中心的核心d l d 2 二聚体紧密相结合 它的q 一 p s b e i b p s b f q l 基分别具有8 3 和3 9 个氨基酸 各具一个n 端位于基质侧的q 螺旋跨膜 区 t a e 等 1 9 8 8 由叶绿体基因转录翻译后 它们的n 末端蛋氨酸均被切除 i k e u c h i 等 1 9 8 9 a b w e b b e r 等 1 9 8 9 但只有p 一亚基的n 末端氨基酸被乙 酰化 a e e t y l a t e d s h a r m a 等 1 9 9 7 在p s i i 中 值 1 3 亚基以等比例存在 w i d g e r 等 1 9 8 5 它们通过各自的组氨酸残基与亚铁血红素 h e i n e 结合 b a b c o c k 等 1 9 8 5 细胞色素b 5 5 9 有两个主要功能 保护p s i i 反应中心以及维持p s i i 的结 构和功能 一方面 细胞色素被认为有两种存在方式 高或低电动势状态 低电 动势状态的细胞色素b 5 5 9 可以接受来自p h e o 的电子 通过阻止对q a 的双重还原 防止随后的p 6 8 0 p h e o 咱由基对 r a d i c a lp a i r 的形成 b a r b e r 和d el a sr i v a s 19 9 3 n e d b a l 等 19 9 2 细胞色素b 5 5 9 还可以通过给p 6 8 0 提供电子 保护p s i i 6 兰州大学博士学位论文第一部分前言 免受供体侧光抑制 d o n o rs i d ep h o t o i n h i b i t i o n 使其类胡萝卜素和c h l 免受不可 逆氧化破坏 b a r b e r 币l l d el a sr i v a s 1 9 9 3 t h o m p s o n 和b r u d v i g 1 9 8 8 另一 方面 无论是h i s 2 2 点突变还是把p s b e f f l p s 肼1 基因一起或分别敲除 都导致p s i i 无法形成 说明细胞色素b 5 5 9 及其a 1 3 亚基的h i s 2 2 对维持p s i i 结构的完整性都 是必需的 m o r a i s 等 1 9 9 5 p a k r a s i 等 1 9 9 0 和1 9 9 1 p s b i 蛋白含3 5 个氨基酸 分子量为4 2 k d a 具有一个跨膜区 与细胞色素b 5 5 9 一起紧密与反应中心核一t l d 1 d 2 聚体结合 构成最简单的电荷分离单位p s i ir c n a n b a 和s a t o h l9 8 7 w e b b e r 等 1 9 8 9 最近的蓝细菌晶体结构分析 f e r r e i r a 等 2 0 0 4 l o l l 等 2 0 0 5 显示 p s b i 蛋白在反应中心表面靠近c p 4 3 也靠近d 1 的i 和i i 两个跨膜区 p s b i 蛋白对p s i i 的作用不像细胞色素b 5 5 9 那么重要 但它的 缺失也降低了p s i i 的含量和光化学活性 增强了光敏感性 i k e u c h i 等 1 9 9 5 k f i n s m e r 等 1 9 9 5 s c h w e n k e r t 等 2 0 0 6 最新研究表明 p s b l 蛋白被认为可稳 定并参与d l 的早期组装 同时对c p 4 3 稳定整合至p s i i 反应中心起重要作用 d o b f i k o v f i 等 2 0 0 7 1 2 内周捕光色素蛋白 p s i i 的内周捕光色素蛋白为两个c h la 结合蛋白 最1 c p 4 7 p s b b 蛋白 约5 6 k d a 和c p 4 3 p s b c 蛋白 约5 0k d a 它们位于反应中心两侧 与色素结合形 成内周捕光色素蛋白 z o u n i 等 2 0 0 1 h a n k a m e r 等 1 9 9 9 所结合的色素则形 成一个捕光系统核心 服务于p s i i 反应中心 c p 4 7 和c p 4 3 是一对同源蛋白 都 具有6 个跨膜螺旋 i v i 和5 个分别位于基质和l u m e n 呗l j 的亲水环 而n 和c 末 端均在基质侧 b r i c k e r 1 9 9 0 图5 它们都具有很多重要组氨酸残基作为结 合叶绿素的位点 各自均结合有1 5 个c h l 以分子和3 个d c a r b r i c k e r 1 9 9 0 s h e n 等 1 9 9 3 除了捕光之外 它们还通过l u m e n 俱l j 的亲水环直接或间接的作用于水 的氧化反应 不同的是 无论是点突变还是敲除突变引起的c p 4 7 蛋白功能缺失 都导