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光系统Ⅱ(PSⅡ)是存在于高等植物类囊体膜中的多亚基色素蛋白复合物,是植物吸收光能和进行原初光化学反应的重要场所。PSⅡ可分为两部分,第一部分是天线复合物(LHCⅡ);第二部分是核心复合物。核心复合物能与LHCⅡ蛋白紧密联结形成PSⅡ-LHCⅡ超分子蛋白色素复合物,这一结构保证了LHCⅡ吸收的能量有效传递到PSⅡ反应中心,进行原初光化学反应。
本论文以菠菜为研究对象,建立了快速、大量分离高放氧活性纯核心(PSⅡcore)的纯化方法,对分离的不同PSⅡ核心以及其与天线在脂质体中所形成的超蛋白色素复合物的功能特性进行了研究;同时也研究了MGDG对PSⅡ结构与功能的影响。论文主要研究结果如下:
一、建立了快速、大量分离高放氧活性纯核心(PSⅡ core)的纯化方法与改进前相比,新的提取方法使PSⅡ core的单次提取量约增加12~15倍,超速分离时间至少缩短11 h,样品活性也有一定的提高。这一纯化方法的建立为后续PSⅡ结构与功能的研究工作奠定了良好的基础。
二、建立了适用研究PSⅡ膜蛋白色素复合物间作用功能关系的脂质体重组技术从菠菜的光系统Ⅱ中提纯了三种色素蛋白复合物:LHCⅡ、OECC、PSⅡcore,通过优化各种脂质体制作及重组技术,把LHCⅡ与两种核心复合物(OECC或PSⅡ core)重组到脂质体中。实验结果表明:重组体中LHCⅡ吸收的能量能有效的传递到核心复合物中,LHCⅡ和两种核心复合物能发生结构上的重组和功能上的相互偶联。重组后的蛋白脂质体用微量的温和型去污剂处理后能完全打破这种偶联状态。说明两种色素蛋白复合物在疏水环境中发生了蛋白亚基间的交联,而不是产生的近距离效应,重组技术能成功用于光系统Ⅱ(PSⅡ)中核心复合物与天线之间功能作用的研究。
三、初步研究了光系统Ⅱ中小天线蛋白色素复合物的作用,发现其不是超分子复合物LHCⅡ-PSⅡ组装的必需因子,但对能量传递的有效性有一定的影响利用脂质体重组技术将OECC和PSⅡ core dimer分别与LHCⅡ重组,得到两种超蛋白色素复合重组体:LHCⅡ-OECC重组体和LHCⅡ-PSⅡ core重组体。通过对这两种超蛋白重组体的放氧活性和能量传递的比较以及电镜观察,证实了光系统Ⅱ中小天线蛋白色素复合物(CP24,CP26,CP29)不是超分子复合物LHCⅡ-PSⅡ组装和能量传递所必需的,但小天线的缺失会降低放氧活性功能和光能传递的有效性。
四、研究了MGDG对PSⅡ蛋白重组及小天线作用功能的影响同时,本文也研究了MGDG对PSⅡ蛋白重组及小天线作用功能的影响,发现:MGDG不是PSⅡ-LHCⅡ超分子复合物形成的必需因素,但MGDG的特性结构可能通过稳定组装膜蛋白所引起的脂双分子层形变,更有利于LHCⅡ与PSⅡ核心复合物之间的缔合,从而增强大天线LHCⅡ向核心复合物传递激发能的有效性。