（植物学专业论文）光系统Ⅰ及其亚组分的分离纯化与光破坏特性的研究.pdf

摘要 曼曼 曼曼i i i i i i i i i i i i i 阜鼍鼍 摘要 光系统i p h o t o s y s t e mi p s i 是光合膜上参与光合作厢原初反应过程的 主要膜骚白超分子复合体之一 高等植物的p s i 是由核心复合体 1 4 个皿基 和捕光色素蛋白复合体l 1 i g h t h a r v e s t i n gc o m p l e x 毛l h c i 含4 个l h c a 蟹自 组成的超分子复合体 它的主要功能是调节光诱导的从囊腔侧的质体兰素 p l a s t o c y a n i n p c 向基质侧的铁氧还蛋白 f e r r e d o x i n f d 的电子传递 研 究p s i 的结构与功能对于揭示植物光合作用意效吸能 传熊的分子机理具有重 要意义 在本文中 我们首先建立了分离翻备p s i 及其亚组分的方法 q 趣西露主 2 0 0 7 并在此基础上对p s i 在强光破坏的过程中结构与功能的变化进行了比较 深入的研究 本论文的主要研究结果如下 1 快速 高效分离缝纯p s i 及其亚缓分方法懿建立 国际上传统的p s l 分离方法 b a s s ia n ds i m p s o n 1 9 8 7 c r o c ee ta 1 1 9 9 8 p a s l l o ne ta i 1 9 9 5 s c h m i de ta 1 2 0 0 2 耗时长较长 分离p s i 颗粒一般需要多 于2 0 h 的蔗糖超速离心过程 悉分离p s i 的亚组分剐需要2 5 6 0 h 的蔗糖超速离 心过程 得率较低 这不便于p s i 方面的研究 为此我们首先改进了传统的分 离纯化方法 新方法以高等植物菠菜叶片作为原材料 使用t r i t o nx 1 0 0 作为 增溶剂 通过差速离心技术获得的粳制品 然蜃使耀十二烷基麦芽糖营 徊 d o d e c y lb d m a l t o s i d e d d m 增溶p s i 粗制品 之后采用1 0 0 0 0 0 x g 垂直转 头 b e c k m a nv t i5 0 0 1 1m o l l 蔗糖梯度离心3 h 获得纯度较高的p s i 颗粒 然后使用d d m 和3 c n n d i m e t h y l p a l m i t y l a m m o n i o p r o p a n e s u l f o n a t e z w 3 1 6 两种增溶剂处理p s i 后经1 0 0 0 0 0 x g 垂直转头 b e c k m a nv t i5 0 蔗 糖梯度离心4 h 获得纯度较高的p s ic o r e l h c i 6 8 0 l h c i 7 3 0 复合体 采用 吸收光谱 荧光光谱技术研究了各样品的基本光谱学特性 采焉h p l c 分辑了 各样品的色素组成 结果显示平均每个l h c a 蛋白结合1 5 1 6 黄体素 1 0 紫黄 质 0 8 1 1b 胡萝卜素 该方法制备的l h c i 比传统方法制备的l h c i 减少了类 胡萝 素的丢失 这一工作为以后结构与功能的研究工作奠定了良好的基础 光系统i 及其亚组分的分离纯化与光破坏特性的研究 2 p s i 复合体及其亚组分的特性研究 p s i 颗粒具有一定的适应环境酸碱变化的能力 在我们的试验条件下p s i 颗粒在p h5 1 0 相对稳定 p s i l h c i 很难通过加入m 9 2 c a 2 n a 阳离子聚 集沉淀 经绿胶鉴定我们制备的l h c i 6 8 0 l h c i 7 3 0 是二聚体形式 而把p s i 绿胶后再进行第二向十二烷基硫酸钠一聚丙烯酰氨凝胶电泳 s d s p a g e 电 泳 结果发现在稍强烈的绿胶增溶条件下 l h c i 7 3 0 是以二聚体的形式存在 但是l h c i 6 8 0 却是以单体的形式出现 这说明l h c i 形成的二聚体 尤其是 l h c i 6 8 0 较容易受到增溶处理而分离成单体形式 解释了以生化分离手段得 到的l h c i 6 8 0 的聚集形式是单体还是二聚体这个目前国际上还有有争议的问 题 3 p s i l h c i 光破坏的基本特点 采用白光 2 5 0 0 m m o l m 2 s 1 照射p s i 颗粒 通过s d s p a g e 及室温吸收 光谱检测光照过程中p s i 复合体的变化 结果表明 去氧处理能够大大延缓p s i 的光破坏 而p s i 脱辅基蛋白不会发生光破坏 这说明p s i 发生的光破坏可能 与c h l 与0 2 的相互作用有关 采用白光 1 0 0 0 比m o l m 2 s 3 0 0 比m 0 1 m 2 s d 处理l h c i 6 8 0 l h c i 7 3 0 发现l h c i 6 8 0 被破坏的速度明显快于i h c i 7 3 0 被破坏的速度 这是首次在体外分离的水平上揭示了不同l h c i 光破坏方面的 差异 l h c i 6 8 0 与l h c i 7 3 0 在光破坏方面的差异可能与两种天线蛋白结合的 类胡萝卜素的种类和数量不同有关 还可能与二者结合的长波长c h l 的情况有 关 但是具体的原因还有待于进一步的研究 4 结合不同的捕光色素蛋白复合体 1 i g h t h a r v e s t i n gc o m p l e x l h c 对p s i 光破坏的影响 为了研究结合不同的捕光天线对p s i 光破坏的影响 我们制备了 p s i l h c i i p s i p s ic o r e 三种复合体 使用白光 2 5 0 0 比m o l m 0 2 s 1 照射这 三种复合体 并通过测定各复合体在光破坏过程中蛋白亚基 吸收光谱 p s i 活性及p 7 0 0 含量的变化 对比三者光破坏的速度 结果发现p s i l h c i i 在这三 种复合体中光破坏速度最快 而p s i 和p s ic o r e 两种复合体光破坏速度基本一 致 我们推测在光照过程中部分光系统i i 捕光c h la b 蛋白复合体i i 摘要 皇曼皇邕i i i i i ii i i l ii i i i i i i i ii l l u l li ii i i i i i i i i i i i i i i 燃黑鼍皇皇 1 i g h t h a r v e s t i n gc o m p l e xl l l h c i i 能够向p s ic o r e 传递能量 另外p s i l h c i i 绿胶分析的结果表明发生了l h c i i 三聚体向单体的转变 这种强光下发生的 l h c i i 聚合形式的转化可能是高光强下调节光熊捕获的一种机制 由于植物体 内具有较完整的保护系统 体内p s i l h c i i 的光破坏可能与体终情况不嗣 另 外l h c i 与p s ic o r e 的解离可能发生在强光照射的早期 具有保护p s ic o r e 减 少光破坏的积极作用 该部分的研究首次观察了结合不同的捕光天线对p s i 光 破坏的影响 关键词p s i tl h c l l h c i l p s ic o r e 光破坏 i l i 光系统i 及其 组分的分离纯化与光破坏特性的研究 i tio n p ur if c a t o nofis 0iana n dp uriaio no p h o t o s y s t e mi tiltt ei a n dit ss u b f r a c tio n sa n ds t u d yo np h o t o d a m a g eo f p h o t o s y s t e m i x i a o c h u nq i n b o t a n y d i r e c t e db yt i n g y u nk a n g p h o t o s y s t e mi p s i i so n eo ft h ei n t e g r a t i v em e m b r a n ep r o t e i nc o m p l e x ei nt h e p h o t o s y n t h e t i ce l e c t r o nt r a n s p o r tc h a i n i np l a n t s p s i i s c o m p o s e do fac o r e c o m p l e x 1 4s u b u n i t s a n dl i g h t h a r v e s t i n gc o m p l e xi 4l h c a s t h a tc a p t u r e sl i g h t a n df u n n e l si t se n e r g yt ot h ec o r ec o m p l e x a n di tm e d i a t e sl i g h t i n d u c e de l e c t r o n t r a n s f e rf r o mp l a s t o c y a n i no nt h el u m i n a ls i d et of e r r e d o x i no i lt h es t r o m a ls i d e i t p l a y sak e yr o l et os t u d yt h es t r u c t u r ea n df u n c t i o no fp s if o re l u c i d a t i n gt h e m e c h a n i s mo ft h ee f f i c i e n te n e r g ya b s o r p t i o na n dt r a n s f e ri np l a n t s i nt h i sp a p e r a t f i r s tt h em e t h o df o ri s o l a t i o na n dp u r i f i c a t i o no fp s ia n di t ss u b f r a c t i o n sw a s e s t a b l i s h e d q i ne ta l 2 0 0 7 f i n a l l yb u ti m p o r t a n t l yt h er e l a t i o n s h i pb e t w e e n s t r u c t u r ea n df u n c t i o no fp s id u r i n gp h o t o d a m a g ew a ss t u d i e d t h er e s u l t sa l ea s f o l l o w s 1 m e t h o df o rp r e p a r a t i o no fp s i a n di t ss u b f r a c t i o n sw a se s t a b l i s h e d v a r i o u sp r o c e d u r e s f i ea v a i l a b l ef o ri s o l a t i o no fp s i p s ic o r ea n dl h c i b a s s i a n ds i m p s o n1 9 8 7 c r o c ee ta 1 1 9 9 8 p i s l l o ne ta 1 1 9 9 5 s c h m i de ta 1 2 0 0 2 b u t t h e yu s u a l l yn e e dv e r yl o n gs u c r o s eg r a d i e n t su l t r a c e n t r i f u g a t i o nt i m e m o r et h a n 2 0 hf o rp r e p a r a t i o no fp s i a n d2 5 6 0 hf o rp r e p a r a t i o no fp s ic o r ea n dl h c i a n d y i e l d so fa l lt h es a m p l e sw e r er a t h e rl o w c o n s i d e r i n gt h ei n c o n v e n i e n c e w e i m p r o v e dt r a d i t i o n a lm e t h o d sa n de s t a b l i s ht h en e wo n e w i t ht h en e wm e t h o d c r u d ep s iw a sf i r s t l yp r e p a r e df r o ms p i n a c hb yd i f f e r e n t i a lc e n t r i f u g a t i o na n dt r t i o n x 一1 0 0 t h e nc r u d ep s iw a ss o l u b i l i z e db yd o d e c y l b d m a l t o s i d e d d m a n dw a s l o a d e do n0 1 1 0ms u c r o s ed e n s i t yg r a d i e n t s a n da tl a s tp u r i f i e dp s lw a so b t a i n e d a f t e rc e n t r i f u g a t i o na t1 0 0 0 0 0xgf o r3hi nab e c k m a ny r i5 0r o t o ra t4o c p s i i v 摘要 c o r e l h c i 7 3 0a n dl h c i 6 8 0w e r ep r e p a r e db ys o l u b i l i z a t i o no fp s ib yd d ma n d z w3 1 6f o l l o w e db ys e p a r a t i o no ns u c r o s eg r a d i e n t sa t2 0 0 0 0 0 gf o r4hi na b e c k m a nv t i5 0r o t o ra t4 0 c a l lt h e p r e p a r a t i o n sw e r ec h a r a c t e r i z e db y s d s p a g e a b s o r p t i o ns p e c t r o s c o p y a n d7 7 kf l u o r e s c e n c es p e c t r o s c o p y i n a d d i t i o n t h e i rp i g m e n tc o m p o s i t i o nw a sa n a l y z e db yh p l ca n dt h er e s u l t ss h o w e d t h a te a c hl h c ab o u n d1 5 1 6l u t e i n s 1 0v i o l a x a n t h i n s 0 8 1 1b c a r o t e n e so n a v e r a g e d e m o n s t r a t i n gt h a tf e w e rc a r o t e n o i d sr e l e a s e dt h a nt r a d i t i o n a ll o n g t i m e c e n t r i f u g a t i o n sd i d t h em e t h o dl a i daf o u n d a t i o nf o rf u r t h e rw o r ko ns t r u c t u r ea n d f u n c t i o n 2 c h a r a c t e r i z a t i o no fp s i a n di t ss u b f r a c t i o n s p s lw a ss t a b l er e l a t i v e l yw h e nt h ep ho fs o l u t i o nw a sc h a n g e dr a n g i n gb e t w e e n 5a n d1 0 b o t hp s ia n dl h c lw e r ed i f f i c u l tt ob ea s s e m b l e da n dp r e c i p i t a t e db y m g c a 2 a n dn a o u ri s o l a t e dl h c i 6 8 0a n dl h c i 7 3 0w e r eb o t hd e t e c t e dt ob e d i m e r sb yg r e e ng e l w h i l el h c i 6 8 0w a sd e t e c t e dt ob em o n o m e ra n dl h c i 7 3 0 a l s ot ob ed i m m e rb yt h es e c o n dd i r e c t i o no fs d s p a g ei fp s iw a ss o l u b i l i z e dw i t h t h ec o n d i t i o no fg r e e ng e l t h er e s u l ts h o w e dt h a tl h c i e s p e c i a l l yl h c i 一6 8 0 w a s e a s yt ob ed e t a c h e dt om o n o m e rb ys o l u b i l i z a t i o n i m p o r t a n t l y t h i ss t u d yc l a r i f i e d t h ed i s c r e p a n c ya b o u tt h es t a t eo fi s o l a t e dl h c i 6 8 0 m o n o m e ro rd i m m e r 3 c h a r a c t e r i z a t i o no fp s ia n dl h c id u r i n gp h o t o d a m a g e p s lw a se x p o s e dt ow h i t el i g h t 2 5 0 0 m o l m 2 s 吐 a n dc h a n g e si n d u c e db y i l l u m i n a t i o nw e r ea s s e s s e db ys d s p a g ea n da b s o r p t i o ns p e c t r o s c o p y t h er e s u l t s h o w e dt h a tp h o t o d a m a g eo fp s lw a sd e c e l e r a t e db yd e l a y d e o x y g e n i z a t i o na n dt h e a p o p r o t e i no fp s ic o u l dn o tb ed a m a g eb yt h ei l l u m i n a t i o n w h i c hs u g g e s t e dt h a t p h o t o d a m a g et op s im a y r e l a t et oo x y g e na n dp i g m e n t s l h c i 一6 8 0 l h c i 7 3 0w a s e x p o s e dt ow h i t el i g h t 1 0 0 0 t m o l m 2 s 一 3 0 0p m o l m 2 s 1 a n dt h er e s u l tc l e a r l y s h o w e dt h a tl h c i 一6 8 0w a sp h o t o d a m a g e dm o r eq u i c k l yt h a nl h c i 7 3 0 t h i si st h e f i r s tt i m ef o ri s o l a t e dl h c ih a v eb e e nc o m p a r e dp h o t o d a m a g e t h ed i f f e r e n c eo f l h c i 6 8 0a n dl h c i 7 3 0i np h o t o d a m a g em i g h tr e l a t et oc a r o t e n o i d so rr e dc h l b i n d i n gt ot h e m a n dm o r ee x p e r i m e n t sa r er e q u i r e dt ob e u e rc l a r i f yt h ee x a c t m e c h a n i s m v 光系统i 及其亚组分的分离纯化与光破坏特性的研究 4 e f f e c t so f b i n d i n gd i f f e r e n tl h c o np h o t o d a m a g et op s i i no r d e rt os t u d ye f f e c t so fb i n d i n gd i f f e r e n tl h co np h o t o d a m a g et op s i t h r e e c o m p l e xp s i l h c i i p s i a n dp s ic o r ew e r ep r e p a r e d a l lt h r e ec o m p l e x e sw e r e i l l u m i n a t e db yh i 曲l i g h t 2 5 0 0 t m o l t 靠二 s 1 a n dt h el i g h t i n d u c e dc h a n g e sw e r e d e t e c t e db ys o d i u md o d e c y ls u l f a t 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 s d s p a g e a n da b s o r p t i o ns p e c t r o s c o p y t h ea c t i v i t yo fp s ia n dt h ep 7 0 0c o n t e n td u r i n g i l l u m i n a t i o nw e r ea l s oi n v e s t i g a t e d t h ec h a n g e so ft h et h r e ec o m p l e x e sw e r e c o m p a r e dw i t he a c ho t h e r a n dt h er e s u l t ss h o wt h a tp s i l h c l lw a sp h o t o d a m a g e d m o r eq u i c k l yt h a np s ia n dt h ep s ic o r e w h i l ep s ia n dt h ep s ic o r ew e r e p h o t o d a m a g e da tas i m i l a rr a t e i tw a sa s s u m e dt h a tp a r to fl h c i is t i l lt r a n s f e r e n e r g yt o t h ep s ic o r e d u r i n gi l l u m i n a t i o n a n da n a l y s i so fp s i l h c i ib y n o n d e n a t u r i n gg r e e ng e ld e m o n s t r a t e d t h a tl h c i it r i m e rd i s s o c i a t e si n t oa m o n o m e rd u r i n gp h o t o d a m a g e t h i sk i n do ft r a n s f o r m a t i o no fl h c i im a yb eo n eo f m e c h a n i s m so fm o d u l a t i o no fl i g h th a r v e s t i n gu n d e rs t r o n gl i g h t s i n c ep l a n t so w ni n t e g r a lp r o t e c t i v es y s t e m nv i v o w h a tw a sh a p p e n e dt o p s i l h c i id u r i n gp h o t o d a m a g e nv i t r om i g h td i f f e r e n tf r o mw h a tw a s nv i v o i n a d d i t i o n l h c im a yd i s s o c i a t ef r o mt h ep s ic o r et ol i m i tt h ee x c i t a t i o nt op s ia tt h e e a r l ys t a t eo fp h o t o d a m a g e t h i sw a s t h ef i r s tt i m ef o rt h ee f f e c to fb i n d i n gd i f f e r e n t l h co np h o t o d a m a g et op s iw a so b s e r v e d k e yw o r d sp s i l h c i l h c i i p s ic o r ec o m p l e x p h o t o d a m a g e v i 缩写表 缩写表 a p x 抗坏血酸过氧化物酶 a s c o r b a t ep e r o x i d a s e c a r 胡萝卜素 c a r o t e n e c 囊l 露 叶绿素a c h l o r o p h y l l 露 c u z ns o dc u z n 超氧化物歧化酶 c u z ns u p e r o x i d ed i s m u t a s e c y t b 4细胞色素b 4 蛋患复合体 c y t o c h r o m e b a r c o m p l e x d d m 十 烷基麦芽糖苷 n d o d e c y l8 d m a l t o s i d e f d 铁氧化还原蛋白 f e r r e d o x i n l 珏c 捕光色素蛋自复合体 1 i g h t h a r v e s t i n gc o m p l e x l h c i捕光色素蛋白复合体i 1 i g h th a r v e s t i n gp i g m e n tp r o t e i nc o m p l e x1 l h c i i 捕光色素蛋自复合体i i 1 i g h th a r v e s t i n gp i g m e n tp r o t e i nc o m p l e xi i 珏p 王 高压液相色谱 h i g h p r e s s u r el i q u i dc h r o m a t o g r a p h y s d s p a g e 十二烷基硫酸钠一聚丙烯酰胺凝胶电泳 p o l y a c r y l a m i d eg e l e l e c t r o p h o r e s i s p c 质体兰素 p l a s t o c y a n i n p s i 光系统i p h o t o s y s t e m 1 p s i i 光系统i i p h o t o s y s t e mi i p q 质体醌 p l a s t o q u i n o n e z w 3 1 6 3 一 n n d i m e t h y l p a l m i t y l a m m o n i o p r o p a n e s u l f o n a t e x i 学位论文原创性声明 本人郑重声明 所呈交的学位论文 是本人在导师指导下 进行 研究工作所取得的成果 除文中已经注明引用的内容外 本学位论文 的研究成果不包含任何他人创作的 己公开发表或者没有公开发表的 作品的内容 对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个入和集 体 均已在文中以明确方式标明 本学位论文原创性声明的法律责任 由本人承担 学位论文作者签名 泰嘲杳 1 年6 弱i e t 关于学位论文使用授权的说明 本人完全了解中国科学院植物研究所有关保留 使用 学位论文的规定 即 植物研究所有权保留送交论文的复 印件 允许论文被查阅和借阅 学校可以提供臣录检索以 及公布论文的全部或部分内容 可以采用影印 缩印或其 他复制手段保存论文蛰 保密的论文在解密后遵守此规定 学位论文作者签名 条虬着 越 7 年 月修e l 第一章前言 第一章前言 光含作用是世界上最重要的化学反应 是绿色植物 包括藻类 在地球上 最大规模地利用太阳能把二氧化碳 c 0 2 和水 h 2 0 合成为有机化合物 并 释放出氧气 0 2 的过程 因此 光合作用不仅是食物链的初级生产者 而且 也是最初生产和如今维持大气孛0 2 的制造者 从这个意义上说 没有光合传震 便没有生物丰富多彩的演化和繁荣 也不可能有人类社会的生存和持续发展 光合作用不仅是生命科学的重大基础理论问题 而且与当今人类所面临的粮食 能源 资源和环境等阅题密切相关 因此 对于光合作用的研究不仅具有重 要的理论意义 丽盥对人类社会的生存和持续发展产生巨大的推动作 用 光合作用研究的酋要问题之一是光合作用中光能的吸收 传递和转化的机 理 现已确定 光合作用光能的吸收 传递和转化过程是在光合膜中一系列有 序排列的色素蛋白复合体及电子传递体中进行的 在高等植物中 这些过程发 生在叶绿体的类囊体膜上 其中有两个不同的光能转化系统 其一以醌作为稳 定电子受体称为光系统i i p h o t o s y s t e mi i p s i i 另一以铁硫蛋自作为稳定邀子 受体称为光系统l p s i 1 1类囊体膜的结构及p si 在类囊体膜上的分布 典型高等植物成熟叶绿体 其表面由一双层膜 外膜和内膜 包裹着 称 为叶绿体的外被膜 在叶绿体的内部 可以明显得划分为两个不同的区域 间 质和类囊体 这种褶念的分离与光合作用的能量转换密切相关 类囊体是一种 膜系统 因此人们叉称其为类囊体膜 类囊体膜在问质中呈不对称分布 并表 现出两种不同的形态结构 一种称为基粒 g r a n a 或基粒膜或基粒片层 g r a n a l a m e l l a 另一种称为基质或间质膜或基质片层 s t r o m al a n e l l a 叶绿体结构的 电镜图和三维模式图如图1 1 所示 般认为类囊体膜是一种双层脂膜 由色素 脂类物质和蛋白质组成 类 囊体膜含有4 种蛋白复合体 p s i i 细胞色素级 蛋白复合体 c y tb g p s i 光乐境1 技其眶 分的分离纯化与光破埘特性的讲究 a t p 合成酶 a t p a s e 光合作用的光反应 即原初光化学反应 电子传递和光 合磷酸化 就是在这4 种复合体l 进行的 而暗反应 印c 0 2 的固定是存叶绿 体基质 真核生物 或细胞质 原核生物 中进行的 类囊体膜含有的4 种蛋 白复合体在娄囊体膜上并小是均匀分布的 而是呈现出一定的舰律性 p s l l 主 要分布在基粒片层的内部 而p s i 主要分布在基质片层上 a t p a s e 和c y t6 矿则 在基粒和基质片层上都有大量分布 图1 2 图1 2 绿色植物类囊体膜上主要蛋白复合体的分布模式幽 f r o m d e k k e r aa n d b o e k e m a 2 0 0 5 深绿色 p s i i l h c i i 战绿色 l h c l l 三聚体 蓝色 p s i 橙色 细胞色素b 6 f 红色 a t p a s e 第 章前言 i i i i i i i i i lll 11 l lll il l l i l l i i i i i i i m l li i i ii i i i i i i i i i i 曼 1 2p s i 的结构 1 2 1高等植物p sl 的整体结构 p s i 是由多个膜蛋白组成的超分子复合体 它催化从原初电子供体p t 0 0 经 过一系列的中问电子递体 原初电子受体 次级电子受体a l 叶绿醌 第三 级电予受体f x 到达末端电子受体隅的跨膜电子传递 还原态的 矾 是一个强还原剂 禚生理条件下它将电子传递给位于类囊体膜基质侧的水溶性 f d 在f d n a d p 还原酶 阶浓 的作用下将 如p 还原 同时氧化态p 7 0 0 经过p c 从p s i i 获得电子 如果从酶学角度下定义 p s i 可以被称为p c f d 氧化 还募酶 蓝藻的p s i 以单体或三聚体形式存在 而到目前为止在高等植物和真核藻类 中仅发现有p s i 单体的存在 s c h u b e r te ta 1 1 9 9 7 k a r a p e t y a ne ta 1 1 9 9 9 j o r d a n 2 0 0 1 s a e n g e re ta 1 2 0 0 2 2 0 0 1 年j o r d a n 等人获得了蓝藻 s y n e c h o c o c c u s e l o n g a t u s p s i 三聚体的聚合区2 5a 高分辨率晶体 结构解析表明 p s i 为三 聚体形式 p s a l 位于三聚体化区域 t r i m e r i z a t i o nd o m a i n 3 个单体的p s a l 相 互作用促进了三聚体的形成 而p s a i 具有一个跨膜螺旋 和一种电子密度很大 的物质 可能是c a 2 对三聚体的稳定超促进傺羽 s c h u b e r te ta l 1 9 9 7 j o r d a n e ta 1 2 0 0 1 s a e n g e re ta 1 2 0 0 2 蓝藻p s i 单体含有9 个具有跨膜螺旋性质的蛋白亚基 p s a a p s a b p s a f p s a i p s a j p s a k p s a l p s a m p s a x 3 个基蕨侧亚基 p s a c p s a d p s a e 1 2 8 个辅因子 包括9 6 个叶绿素 c h l o r o p h y l l c h l 2 2 个类胡萝b 素 3 个 f e 4 s 4 簇 2 个叶绿醌 4 个脂和一个可能的c a 2 另外还含有2 0 1 个水分子 同时证 实p s i 反应中心p 7 0 0 确实是一个二聚体 j o r d a ne ta 1 2 0 0 1 s a e n g e r e t a l 2 0 0 2 p s i 两个最大的亚基p s a a p s a b 蠢单体中心的准c 2 轴联系 并平行予c 3 轴 电子传递链上的辅因子沿c 2 轴分开两路排列 蓝藻p s i 大部分天线 c h l o r o p h y l l a c h l a 类胡萝卜素 脂与p s a a p s a b 结合 而其他的膜内在蛋白分布在p s a a p s a b 中心的周围 提供天线辅因子的结合位置 图l 4 植物p s i 是由核心复合体 p s ic o r e 由1 4 个亚基组成 和l h c l 组成的 超分子复合体 2 0 0 3 年b e n s h e m 等人得到豌豆p s i 的4 4 a 晶体结构 发现反 应中心与l h c i 松散连接 二者之间有一较深的裂缝 在该晶体结构图中能够确 3 光系统i 强其 组升的分离纯化与光破坏特性的研究 定1 2 个核心亚基 4 个不同的天线蛋白 4 5 个跨膜螺旋 3 个铁硫簇 2 个叶 绿醌 1 6 7 个c h l 其中大约2 0 个c h l 位于核心和天线裂缝处的关键位置上 4 个天线蛋白l h c a l l h c a 2 l h c a 3 及l h c a 4 形成2 个二聚体 l h c a l 4 l h c a 2 3 以半月形靠在f 亚基 侧 植物p s i 不包含p s a x p s a m 亚基 而植物和绿藻特 有的亚基是p s a g p s a h p s a n p s a o 图1 3a b p s a h 上的一个跨膜螺旋与 p s a l 帽邻 紧j 着一个长度为2 0 x 的与膜平行的螺旋 图1 3a 根据p s a h 的 位置和形状推测它可能作为l h c i i 的结合位点 在反应中心另一侧的p s a g 有 2 个倾斜的跨膜螺旋 形成了反应中心与l h c i 接触的夫部分区域 图1 3a 在囊腔侧 植物与蓝藻p s i 最明显的区别是 植物p s i 有p s a f 较长的n 一末端区 域形成的螺旋一环 螺旋花式结构 图13b 该区域使p c 的结合更高效 有利 于p c 到p t 0 0 的快速电子传递 b e n s h e me t a l 2 0 0 3 图1 3 豌豆p s i 的4 4 a 结构图 f r o m b e n s h e me ta l 2 0 0 3 a 从娄囊体膜的基质侧 观察的p s i 结构图 b 从l h c i 侧观察的p s i 结构图 l h c a l 一4 用绿色表示 豌豆的p s it o r e 与蓝藻的p s ic o m 相比 在豌豆的p s ic o r e 出现的新结构元素甩红色表示 保守的结构用灰 色表示 畔函1 簇中的f e 用红色袁示 s 用绿色表示 第一章前言 曼 i i l li l l i l l l i i i i i i i iii i il l l l l l l l l l l li i 燃燃燃舞罡曼皇舅舅量皇皇燃鼍鼍曼 1 2 2 p s lc o r e 的结构 p s i c o r e 由1 2 蓝藻 或1 4 绿藻和高等植物 f r o m m e e t a l 2 0 0 1 个蛋 自亚基 表1 1 构成 s c h e l l e re ta l 2 0 0 1 x ue ta 1 2 0 0 1 s a e n g e re t a l 2 0 0 2 蓝藻 绿藻和高等植物的p s ic o r e 亚基组成非常相似 除都具有两个核心蛋自 p s a a p s a b 外 还都具有3 个亲水亚基 p s a c p s a d p s a e 和另外5 个内周 蛋白 p s a l p s a k p s a f p s a i p s a j c h i t n i s 1 9 9 6 此外蓝藻还有2 个特有 的亚基p s a m p s a x 绿藻和高等植物有4 个特有的亚基p s a g p s a h p s a n p s a o k n o e t z e le ta l 2 0 0 5 表1 1p s ic o r e 的蛋白组成 蛋囱基因编码基因的分子量k d辅因子跨模螺 分布3 旋数 疏水甄基 p s a a p s a a c8 3 7 9 c 懿牙 王l p s 掮 p s a b c8 3 c a r o t e n o i dc l u s t e r 1 6 1 1 p t 0 0 a o a l f x p s a g l p s a g nl ll 2 圣 c a r o t e n e 2 p s a l p s a l c5c a r o t e n o i dc l u s t e r 6 1 p s 砖 p s a j c 5l 3c h l a c a r o t e n o i dc l u s t e r 5 p s a m 2 p s a m c 41c h l a l c a r o t e n o i dc l u s t e r 6 2c 鞋露 p s a k p s a k n 9 2 p s a l p s a l n1 63 c l d a 3 c a r o t e n o i dc l u s t e r 1 p s a x 2 p s a x c 4重c 整a 王 c a r o t e n o i dc l u s t e r 6 p s a f p s a f n1 7 c a r o t e n o i dc l u s t e r 5 2 5 光系统l 及其亚组分的分离纯化与光破坏特性的研究 p s a o l p s a o n9c h i 口 2 亲水亚基 基质侧 p s a c p s a c c 9 f a f b p s a d p s a d n1 8 p s a e p s a e n1 0 p s a h l p s a h n1 0 2 c h l 口 囊腔侧 p s a n l p s a n n1 0 1 绿漂和植物特有的亚基 2 表不蓝藻p s i 特有的亚基 3 c 表不叶绿体编码的肇凼 n 表刁i 核基冈 p s a a 和p s a b 是主要的反应中心蛋白 二者在蛋白序列和结构上有相似性 氨基酸组成有4 2 是相同的 而且均含有1 1 个跨膜螺旋 图1 4b 并呈准双 重旋转对称 准