NaHSO3调控鱼腥藻7120光合产氢的作用机制研究

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鱼腥藻7120(Anabaena sp. strain PCC 7120)中,至少有三种蛋白参与光合产氢代谢,即固氮酶,双向氢酶和吸氢酶,其中固氮酶在蓝藻光合产氢中起主要作用。然而,鱼腥藻7120中,固氮酶和双向氢酶对氧气很敏感,使得在细胞中,光合产氢的效率十分低下。一定浓度的NaHSO3可以显著降低蓝藻细胞光合放氧,这一结果暗示,利用适当浓度NaHSO3处理蓝藻细胞,可以降低细胞中氧气的浓度,从而可能会影响鱼腥藻7120中固氮酶和双向氢酶的活性,最终达到调控蓝藻细胞光合产氢的目的。不同浓度NaHSO3处理鱼腥藻7120,可明显降低细胞中氧气浓度。并且,当NaHSO3浓度大于0.1 mM时,细胞光合放氧能力受到显著抑制。而当利用1.0 mM NaHSO3处理细胞后,藻细胞产氢能力最强。通过对1.0 mM NaHSO3处理后的鱼腥藻7120细胞的形态学观察结果表明:该处理条件下鱼腥藻7120细胞产氢效率的明显提高主要由于NaHSO3对鱼腥藻7120异形胞的作用。进一步对固氮酶的表达以及活性方面的研究结果表明,固氮酶可能是鱼腥藻7120细胞中NaHSO3的作用靶点,从而达到抑制细胞放氧,提高光合产氢目的。蓝藻是简单的光合自养型生物,能够利用光能裂解水产生电子和质子,并通过一系列的电子传递和氧化还原反应最终产生H2。为了研究一定浓度NaHSO3提高鱼腥藻7120光合产氢作用可能的机理,我们研究了经NaHSO3处理后细胞内与光合产氢密切相关的光合电子链的活性,通过对各光合电子链活性变化的比较分析,我们发现:光合电子链的活性对一定浓度NaHSO3提高鱼腥藻7120的光合产氢有显著影响,其中碳同化和NDH介导的围绕PSI的循环电子传递的活性对其光合产氢的效率的影响最为显著,该电子通路的抑制是导致一定浓度NaHSO3提高鱼腥藻7120光合产氢的重要机制。
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