高等植物光系统II捕光天线结构与功能的研究

高等植物光系统II的捕光天线蛋白（LHC II）在光能的吸收、传递和调节激发能在两个光系统之间的分配以及维持类囊体膜的垛叠等方面都起着重要的作用，因而得到了广泛的研究。目前普遍认为LHC II在植物体内是以三聚体的形式存在并行使功能的，但也有研究者发现了单体和寡聚体等多种形式的LHC II。本论文以菠菜为研究对象，采用改进的方法从类囊体膜中提取纯化了LHC II三聚体，对膜脂和色素在三聚体形成和蛋白空间结构中的影响，以及不同聚集态LHC II组成、结构和功能的差异进行了较系统的研究。此外，还将Lhcb2基因反向插入到烟草中，利用转基因植物来研究其生理功能。获得了如下结果： 1，采用改进的方法从菠菜类囊体膜中分离纯化了LHC II。与改进前比，其流程可以缩短2小时且产率也有明显的提高。SDS变性电泳和Triton X-100非变性电泳的检测结果表明，此样品纯度较高，是由三条分子量分别为29KD、28KD和26KD的多肽组成的异质三聚体。同时样品的吸收光谱和荧光光谱分析结果也与前人的报道一致。 2，分析了LHC II三聚体中的膜脂和脂肪酸组成及含量。与PSII相比，LHC II含有相同的四种膜脂：MGDG、DGDG、PG和SQDG。但LHC II中PG的含量是PSII的两倍，说明PSII中的PG主要富集在外周天线区域。同时PG中含有特异的反式十六碳一烯酸，且含量很高。用专一消化PG上Sn-2位脂肪酸链的磷脂酶A2（PLA2）处理LHC II三聚体，然后再加入PG重组的方法证明了含十六碳一烯酸的PG在三聚体结构的维持中起着至关重要的作用。去掉PG后， LHC II三聚体的结构受到了影响，部分解聚成了单体，同时其光谱特性也发生了变化，表现为叶绿素b分子的吸收峰及其激发的荧光发射峰都明显下降。回加PG则可使解聚的单体又重新聚集成三聚体。 3，分别用电洗脱和蔗糖密度梯度离心两种方法分离了LHC II三聚体、二聚体和单体。两者比较，电洗脱对样品的破坏较大，而蔗糖密度梯度离心更加温和，对蛋白上结合的色素影响不大。系统研究了不同聚集态LHC II的组成和光谱特性后发现，三种聚集态的LHC II有相同的多肽组成，并且都结合着5种色素，但是色素的含量差异较大。二聚体和单体中，叶绿素b和类胡萝卜素分子的含量比三聚体的低很多，此外，单体叶绿素a分子的含量也明显减少。对三种聚集态LHC II的各种光谱特性进行分析的结果表明，由于叶绿素b和类胡萝卜素分子含量较少，二聚体和单体中叶绿素b和类胡萝卜素的吸收均有所下降，而且从类胡萝卜素到叶绿素b以及从叶绿素b到叶绿素a的能量传递效率都低于LHC II三聚体，总体表现为三聚体 > 二聚体 > 单体。此外，不同单体之间叶绿素a到叶绿素a的能量传递也被破坏。推测三种聚集态LHC II在吸能、传能和结构上的差异，可能是植物适应不同外界环境的一种调控机制。 4，模拟体内过程，在体外将大肠杆菌中表达的Lhcb2蛋白和色素进行重组，以此来研究色素与蛋白组装过程中蛋白二级结构和色素结合状态的变化。结果表明色素在脱辅基蛋白的体外重折叠中至关重要。在与色素重组的过程中，蛋白二级结构中-螺旋含量逐渐上升并最终接近天然水平，而无规卷曲逐渐减少。从光谱的变化可以看出，色素分子与蛋白的结合经历了一个由无序到有序的过程，色素蛋白复合物的光谱信号由弱变强，重组得到的样品与天然LHC II十分相似。 5，为了更好地研究LHC II异质三聚体中单体可能具有的独特生理功能，建立了Lhcb2基因的反义抑制植物表达载体pBI-antiLhcb2，用根癌农杆菌介导法转化烟草，获得了转基因植株。酶切和PCR鉴定证明，Lhcb2基因已经成功地插入到烟草里。进一步的分子鉴定和生理生化功能分析还在进行中。

水稻菠菜紫黄质脱环氧化酶基因的克隆遗传转化及其特性的研究

自发现叶黄素循环具有热耗散的作用后它被引起广泛的关注目前普遍认为叶黄素循环的色素定位于天线色素蛋白复合体上在跨膜质子梯度pH形成后玉米黄质Z和环氧玉米黄质A能够从叶绿素中吸收过多的激发能并以热能的形式耗散到体外从而保护光合器官免受强光的破坏紫黄质脱环氧化酶VDE是叶黄素循环的关键酶在较低的pH条件下它能在数分钟内将紫黄质V转变为Z和A本论文从水稻和菠菜中克隆了编码VDE酶的基因并通过转基因植物进一步研究了叶黄素循环在热耗散方面的作用主要获得了以下结果 首次从两个水稻亚种籼稻和粳稻中克隆了Rvde基因分别命名为iRvde和jRvde的全长cDNA序列分别长1647bp和1887bp两者开放阅读框的同源性为98%与其它已知vde基因的同源性在60以上推导两者均编码446个氨基酸其中转运肽序列长98个氨基酸两者成熟蛋白的氨基酸序列完全相同与已知VDE成熟蛋白的同源性在75%以上其中与小麦的同源性最高达87.4 通过PCR扩增获得了Rvde基因的核基因组DNA序列在它们的编码区中含有4个内含子其长度在jRvde中分别为105bp327bp81bp和69bp而iRvde基因的第2个内含子长425bp与jRvde的第2个内含子差别较大内含子的AT含量为6063%其两端为典型的GT/AG结构 构建了Rvde基因的原核表达载体pET-Rvde在0.4mmol/L IPTG的诱导下该基因能在大肠杆菌BL21(DE3)中大量表达SDS-PAGE和Western杂交表明表达蛋白的分子量约为 43 kDa随着IPTG诱导时间的延长蛋白量逐渐增加诱导4h后它占大肠杆菌总蛋白的25左右吸收光谱差值A502-540随反应的进行逐渐增大反应体系总色素的HPLC分析表明V逐渐降低而Z刚好相反说明表达的蛋白具有与活体VDE酶相同的功能能在体外将V转变为A和Z 从菠菜中克隆了Svde基因并构建了该基因的反义抑制植物表达载体pCB-antiSvde用根癌农杆菌介导法转化烟草获得了大量的转基因植株再生的愈伤组织经GUS染色后呈蓝色PCR扩增潮霉素抗性基因hpt和Svde基因结果显示在转基因植株T0和T1代中都分别扩增出1.0 kb和1.4 kb的目的片段而在未转化的对照植株中没有扩增转基因植株的T0代种子在潮霉素培养基上的萌发数与未萌发数的比值为3:1符合单基因的孟德尔分离规律从T1代转基因植株中筛选出抑制程度较强的一个株系A29Southern杂交结果表明外源Svde基因已整合到烟草的基因组中并且只有一个插入位点通过冻融法从该植株的类囊体中提取VDE酶其酶活性为3.2是对照植株的45.7表明VDE酶受到了抑制荧光动力学及HPLC测定结果显示强光处理后在转基因植株中Z和A的形成较少非光化学淬灭NPQ值较对照低Fv/Fm的下降较对照快表明转基因植株的热耗散能力下降进而说明叶黄素循环具有热耗散的功能 同时还建立了根癌农杆菌介导的水稻遗传转化体系并初步作了转化Svde基因的试验另外还建立了一种适合于筛选转基因植株的DNA微量提取法此方法操作快捷方便一个人在一天内能制备50多个样品100mg的植物鲜样平均可获得40µg的DNA提取的DNA可直接用于PCR反应酶切分析及Southern分析

假根羽藻不同聚集态捕光色素蛋白复合物（LHC II）的纯化与功能分析

应用温和、非变性的液相色谱层析技术以及蔗糖密度梯度分级分离技术，从假根羽藻类囊体膜直接分离、纯化出5种不同聚集态的光系统II捕光色素蛋白复合物(LHC II)，即LHC II单体、同质三聚体、异质三聚体、寡聚体l和寡聚体2。这种分离、纯化LHC II的方法与传统的等电聚焦(IEF)电泳分离方法相比，具有蛋白质提取条件温和，纯化的蛋白质样品纯度高且数量大等优点，为进一步研究LHC II分子的晶体结构和功能创造了有利的条件。 SDS-PAGE电泳分析和MALDI-TOF质谱分析结果表明，纯化得到的LHC II单体和同质三聚体都具有一种分子量为24.3 kDa的脱辅基蛋白质，而异质三聚体和两种寡聚体除含有这个脱辅基蛋白外，还含有另一种分子量为23 kDa的脱辅基蛋白。 采用室温吸收光谱、低温荧光光谱及园二色(CD)光谱技术对LHC II单体、同质三聚体、异质三聚体、寡聚体l和寡聚体2内的叶绿素组成以及叶绿索之间的能量传递特性进行分析研究表明，在同一条组成LHC II的脱辅基蛋白多肽链上结合着Chl a二聚体，二聚体内的两个Chl a分子之间存在偶极子相互作用。在这5种LHC II亚复合物中均具有Chl a-Chl a相Chl biChl a→ Chl a能量传递途径，其中同质三聚体表现出最高的能量传递效率，而寡聚体的传能效率大大低于单体和三聚体，同时出现Chl a的淬灭现象。当LHC II脱辅基蛋白质高度聚集形成寡聚体时，其蛋白质上结合的Chlb大量减少，引起这两种寡聚体吸能和传能能力的急剧下降。 LHC II单体、同质三聚体、异质三聚体、寡聚体1和寡聚体2的二级结构数据表明，自由堆积的脱辅基蛋白的二级结构以8．折叠构象为主，当LHC II蛋白质有序聚集形成三聚体时，可能每条蛋白质多肽链上的叶绿素结合区域形成两个跨膜a-螺旋，对称排列在脂双层膜内，而非叶绿素结合区则形成一条跨膜a-螺旋。当LHC II蛋白质高度聚集形成寡聚体 时，LHC II蛋白质的二级结构似乎对其上结合着的叶绿素的影响不大，而LHC II寡聚体内蛋白质的高密度聚集引起的更高级的蛋白质相互之间的空间结构可能对叶绿素的影响起主要作用，特别是破坏Chlb结合位点。 依据上述的实验结果推测在类囊体膜内，LHC II可能通过其脱辅基蛋白聚集形式的转换，调控其光能吸收和激发能传递的过程和效率。

高温和光照对光系统I结构与功能的影响

光合膜上包含有捕光并将光能转化为化学能所必需的四类跨膜蛋白复合体，即PSII、PSI、Cytb6f和ATP合成酶，其中PSI利用吸收的光能诱导电子从膜内侧的PC传递至相对一侧的铁氧还蛋白，被还原的铁氧还蛋白在FNR（Fd-NADP+氧化还原酶）的作用下生成NADPH，因此关于PSI的研究是光合作用研究领域中的重大问题。为了进一步阐明PSI的结构和功能，本论文分别研究了热对PSI的影响和光诱导的PSI核心复合物（CPI）的积累过程： 1.以菠菜PSI颗粒为材料研究了热处理对PSI复合物的降解和失活作用; 2.以衣藻叶绿素暗合成突变体y-1为材料研究了类囊体膜形成过程（即光诱导的转绿过程）中PSI中CPI的变化。另外，由于膜脂在光合作用中具有重要的功能，本论文还研究了y-1突变体转绿过程中光合膜脂、脂肪酸的变化。 一．应用光谱学、氧电极和变性电泳等技术研究了高温(25oC~80oC)对PSI结构和功能的影响，主要结果如下： 1． 在热处理过程中，683nm组分（主要归属于LHCI）的吸收峰强度有显著的下降并发生峰位蓝移现象，显示该组分对热处理最敏感，首先遭到破坏。 2． 77K荧光显示随着处理温度的升高，728 nm处的峰强和峰位均发生了明显的变化，F728-F720和F680的比率下降，说明热处理抑制了LHCI 680向LHCI 730以及反应中心的能量传递。 3． SDS-PAGE显示PSI核心蛋白PsaA/B亚基以及LHCI亚基在热处理情况下发生了不同程度的降解和聚合。为了能够显著地观察到热处理对PSI多肽降解的影响，实验采用了更高的温度处理方法，结果显示，90oC、100oC时PsaA/B亚基完全降解，而LHCI亚基仍有少量存在，说明PSI核心蛋白PsaA/B比LHCI亚基具有更高的热敏感性。 4． 推测热处理情况下可能发生的机制是，捕光天线首先从PSI反应中心分离，随后发生了反应中心光化学反应的抑制，直至最后多肽的严重降解。 5． 利用红外光谱技术（FT-IR）对PSI蛋白二级结构的研究显示，PSI颗粒在60oC以上时发生了明显的蛋白构象变化,且随着温度的升高蛋白构象的变化越来越大，表明PSI蛋白具有较高的热稳定性和热变性温度，PSI蛋白酰胺I带(1700~1600 cm-1)二级结构的解析表明热处理过程中二级结构的主要变化是α-helical的下降和β-sheet的增加。 6． 利用CD光谱技术研究了热处理对PSI色素微环境的影响，结果表明热处理破坏了PSI色素蛋白复合物中色素的蛋白微环境，归属于LHCI的Chlb（645 nm处组分）在较低的温度处理条件下(25~60oC)蛋白微环境即发生破坏;随着处理温度的升高（70和80 oC），478 nm处（主要归属于LHCI的Chlb）和498 nm（归属于类胡萝卜素）处的CD信号强度快速下降，说明在高温条件下LHCI比核心复合物更敏感。 7． 研究发现，PSI的摄氧活性随着处理温度的升高而显著下降，70oC时几乎完全失去摄氧能力，表明70oC时PSI复合物受到了严重的破坏，这可能是由于热处理过程中色素的蛋白微环境以及蛋白结构尤其是PSI核心蛋白PsaA/B中跨膜α-helix的构象发生了严重的变化。 二．主要运用温和电泳和蛋白印迹技术检测了暗培养4天(脱绿)的y-1突变体在光照诱发的转绿过程中PSI的核心色素蛋白复合物（CPI）及其叶绿素脱辅基蛋白PsaA/B的变化。 1． 暗培养4天的衣藻脱绿细胞中，PSI的主要色素蛋白复合物-CPI完全缺失，然而核心多肽PsaA/B仍有一定量的积累，同时检测不到P700的含量。 2． 当脱绿的y-1细胞转移至光照下时，伴随着叶绿素的合成，色素蛋白复合物CPI和PsaA/B脱辅基蛋白的合成也逐渐达到正常水平，说明叶绿素和PsaA/B蛋白进行组装并形成了具有功能的PSI反应中心,P700含量也得到了恢复。 3． 实验证明了光照是形成光合系统色素蛋白复合物的重要前提。同时发现，叶绿体基因编码的PSI核心多肽PsaA/B能够在暗条件下合成。而根据资料(Berends et al.,1987)报道，在豌豆、大麦的黄化体中不能合成PsaA/B蛋白，这可能是由于在脱绿的y-1细胞中叶绿体仍然具有相对完整的大小和形状，而在叶绿体的被膜上定位着多种与光合作用相关的酶系统。 三. 利用薄层层析及气相色谱分析技术对转绿期间y-1突变体光合膜脂和脂肪酸组成的含量变化进行了分析。结果表明： 1． 光照能够促进各种脂的积累并影响脂的组成，同时有利于脂肪酸脱饱和酶的激活。MGDG中脂肪酸不饱和程度明显升高，表现为16:0及18:1的下降，以及16:4，18：2和18:3（9，12，15）等的升高，说明光照促进了MGDG sn-2位的16:0脱饱和为16:4以及sn-1位的18：1脱饱和为18:3，也说明MGDG是脂肪酸脱饱和的重要底物。 2． 已有的资料（Ohnishi和Yamada，1980;1983）指出PG及其sn-2位的16:1（3t）的合成是光依赖的，而本实验中，在衣藻的黄化细胞中含有相当量的PG及其特有的16:1（3t）（22.80%），且转绿过程中变化并不十分显著。这可能是由于黄化的y-1细胞中叶绿体的形状并没有发生很大变化，说明叶绿体被膜上的相应酶系统才是PG合成的必需因素。 3． 相比于脱绿的y-1细胞，光照12小时后，各种脂中18：2的百分含量有显著的增加，这来源于18：2是脂肪酸脱饱和的重要中间产物。

表面活性剂存在下的光系统I的光合特性

本文主要研究了在非离子表面活性剂－辛基硫代葡萄糖苷（OTG）处理条件下菠菜叶绿体中光系统I（PSI）颗粒的光合特性，主要的研究结果如下： 1. 在所研究的OTG浓度范围内（0.01～13%，w/v），OTG对PSI的电子传递活性有显著的促进作用。而与此相对照，阴离子表面活性剂－十二烷基硫酸钠（SDS）对PSI的活性具有抑制作用。 2. OTG对PSI在SDS和高温（70℃）处理后失去的电子传递活性具有恢复作用。 3. OTG对PSI的色素结合状态和能量传递都有很大的影响，影响程度和影响方式与OTG的浓度有关。在其临界胶束浓度（cmc）以上的一定浓度范围内，OTG处理会导致PSI捕光天线色素蛋白复合体（LHCI）的解离;而更大浓度的OTG会使PSI中产生自由色素。

假根羽藻细胞色素b6f蛋白复合体中α-胡萝卜素的结构与功能

细胞色素b6f蛋白复合体（Cyt b6f）是光合链中连接两个光系统（PSII 和PSI）的中间电子载体蛋白复合物，其主要的生理功能是催化电子传递和质子跨膜转移，形成跨膜质子电化学梯度，为ATP的合成提供能量，在光合作用光能转化过程中占有很重要的地位。细菌和莱茵衣藻Cyt b6f的晶体结构已于2003年底获得了近原子水平的解析，但有关该复合物中两种色素（Chl a和β-Car）的生理功能及其机理尚无明确的解释。预计它们将成为今后几年的研究热点,因为揭示Cyt b6f蛋白复合体中Chl a和β-Car分子的生理功能对于进一步阐明光合作用高效转能及其调控的分子机理具十分重要的意义。鉴于目前尚未见到海洋绿藻Cyt b6f的报道，本文以海洋绿藻—假根羽藻（Bryopsis corticulans）类囊体膜上的Cyt b6f蛋白复合体为对象，对其中的类胡萝卜素的分子结构与生理功能进行了比较系统地研究。 首先，我们改进了原用于菠菜类囊体膜Cyt b6f的分离、纯化流程，在原流程的基础上增加了一次2 mol/L NaBr洗膜，彻底地去除了膜表面的杂蛋白;还调整了第二次硫酸铵分级沉淀时的饱和度，并将38-45%饱和度下的沉淀物确定为需要收集的Cyt b6f制剂。采用此改进的流程，我们首次从假根羽藻类囊体膜中分离纯化了高活性、高纯度的Cyt b6f制剂。SDS-PAGE分析的结果显示该制剂的4个多肽亚基 （Cytf 、Cyt b6 、Rieske[Fe-s]及亚基IV）的表观分子量分别为34.8、24.0、18.7和16.7 kD;Cyt b6 / f 比值接近2.0， 其纯度值为9.9 nmol cyt f/mg;其催化电子传递的活性 （C10-PQH2→PC）为73 e/s。HPLC 和共振拉曼光谱分析表明，假根羽藻Cyt b6f中的类胡萝卜素为α-胡萝卜素分子，它是一种在Cyt b6f中尚未报道过的类胡萝卜素。定量分析表明，每个假根羽藻Cyt b6f单体中全反式(all-trans)和9顺式（9-cis）α-胡萝卜素的含量分别为0.2和0.7个分子，另外还含有1.2分子的Chl a。CD光谱分析表明该9-cis-α-胡萝卜素处在一个不对称的蛋白环境中。TLC分析表明该制剂是一种缺脂的Cyt b6f蛋白复合体。 采用稳态荧光激发光谱，时间分辨吸收光谱及Chl a的光破坏实验对假根羽藻Cyt b6f中α-胡萝卜素的功能进行了研究。结果表明，Cyt b6f中α-胡萝卜素可以将它吸收的光能传递给Chl a，其能量传递效率为62.4%，提出α-胡萝卜素分子与Chl a分子之间的单线态能量传递是遵从Föster 机制进行的;α-胡萝卜素分子对Chl a分子有一定的光保护作用，这种保护作用是通过清除单线态氧来实现的。另外还发现Cyt b6f中的Chl a分子可能与其周围的氨基酸残基存在相互作用，认为这是其进行自我光保护的一种方式。 此外，还采用HPLC研究了光和暗交替对假根羽藻Cyt b6f中α-胡萝卜素构型的影响，并对假根羽藻Cyt b6f选择结合α-胡萝卜素的原因进行了初步的分析。

Cyt b-559 链Arg18和Ser24的定点突变及其对PSII功能的影响

Cyt b-559是光系统II反应中心的成分之一，它由亚基和亚基组成的。在Cyt b-559中，血红素辅基与两个亚基中的组氨酸连接成有功能的蛋白，并维持PSII的功能稳定性。前人曾将与血红素相连的His突变，导致Cyt b-559功能和PSII稳定性的丧失。基于此研究，本文采用定点突变技术，将亚基中与His23位置最近的上游氨基酸Arg18分别用Gly和Glu取代，下游氨基酸Ser24用Phe取代，获得了衣藻Cyt b-559的突变体。对突变体的分析，有以下新结果：突变体都能进行光合自养，但无论在异养培养基上还是自养培养基上，和对照相比，其生长速度非常缓慢; PSII的活性分析，表明PSII的放氧活性为野生衣藻细胞的50%～80%， Fv/Fm 的荧光参数为40%～70%;对突变体进行强光（1000μE•m-2•s-1）照射，10min后，其放氧活性都降低为0，而野生型衣藻还保持35%的活性;提取类囊体膜蛋白，进行SDS-PAGE电泳和Western-blotting分析，显示突变体的膜蛋白与对照无显著差异。这些结果说明对围绕血红素环境的固有氨基酸的改变，虽然并没有明显影响类囊体膜蛋白的表达和组成，但是却影响了衣藻细胞的生长和PSII的活性，增加了衣藻细胞对强光的敏感性，降低了衣藻细胞自身的光保护能力。这说明靠近血红素配位环境的氨基酸Arg和Ser，尤其是Arg，对Cyt b-559的功能维持不可缺少，对于维持PSII的活性也很重要。

理化因子诱导的CP43和CP47结构与功能变化规律的研究

CP43和CP47是PSII中位于类囊体膜上的两种内周天线色素蛋白复合体，它们都是由六个跨膜的α-螺旋和五个膜外环组成。CP43和CP47的主要功能是把光系统II(PSII)外周天线色素蛋白复合体(LHCII)吸收的能量传给反应中心(RC)，从而引起光化学反应。因此，研究CP43和CP47的结构与功能对于揭示植物光合作用高效吸能、传能的分子机理具有重要意义。由于CP43和CP47的分离纯化比较困难，所以相对于其它的光合膜蛋白来说，人们对CP43和CP47的研究比较少。在本文中，我们在分离、纯化CP43和CP47的基础上，采用多种光谱学和波谱学技术对CP43和CP47在GuHCl和高温作用下的变性过程及其结构与功能的变化规律进行了比较深入的研究，获得了如下结果： 1. CP43和CP47膜外区的结构特点及盐酸胍(GuHCl)引起的变性研究 我们用荧光光谱、园二色(CD)光谱研究了GuHCl引起CP43和CP47的变性过程及其膜外区的结构特点。研究发现：CP43和CP47的膜外区具有一定的有序结构，而不是一种没有规则的伸展状态;和CP43相比，CP47的三级结构及Chl a的微环境对GuHCl更敏感。在GuHCl作用下，从β-Car到Chl a的能量传递变化和三级结构的变化密切相关，而与二级结构变化的相关性则较小;和大多数水溶性蛋白不一样，CP43和CP47对GuHCl变性有一定的抵抗力，而且其变性过程不表现为二态过程，这些都是膜蛋白的特点。 2 CP43和CP47中与芳香族氨基酸有关的能量传递研究 我们用吸收光谱、荧光光谱并参照PSII的3.5 Å的晶体结构分析结果研究了CP43和CP47中与芳香族氨基酸有关的能量传递。发现：和水溶性蛋白不一样，CP43和CP47中的酪氨酸(Tyrs)并不能有效的把其能量传给色氨酸(Trps);CP43和CP47中的芳香族氨基酸能通过Föster机制和Dexter机制把其能量传给Chl a，并且CP47中的传递效率要大于CP43;在CP47中Föster机制是芳香族氨基酸和Chl a之间能量传递的主要方式，而在CP43中Dexter机制则是主要方式。这些结果也暗示了，太阳光中的紫外辐射对植物来说除了其伤害作用以外也有一定的益处。 3 GuHCl诱导CP43和CP47变性的太赫兹（THz）光谱研究 THz时域光谱技术(THz-TDS)是研究分子构型状态的一个新工具。近年来，已被应用于物理或化学分子的研究中。我们首次把这个技术应用到光合膜蛋白CP43和CP47的GuHCl变性研究上。研究发现，在小于1.5 THz时，THz吸收光谱强度随着频率的增加而增加可以看作是蛋白质变性的标志。在GuHCl作用下频域光谱中出现的1.8 THz峰应来源于Chl a和GuHCl之间的相互作用。实验结果表明，THz光谱是区分蛋白分子的不同构型状态以及监测蛋白变性过程的有力工具。 4 CP43热变性的傅立叶变换红外光谱和THz光谱研究 我们用傅立叶变换红外光谱技术(FT-IR)、SDS聚丙稀凝胶电泳(SDS-PAGE)和THz光谱技术对CP43的热变性过程进行了研究。结果表明，在高温处理下，CP43的二级结构发生了变化，且其跃变点发生在59℃。随着温度的逐渐升高，CP43先发生凝集，接着又发生降解;CP43的低频振动模随着温度的升高和分子量的减小也发生变化。我们还证实THz光谱技术在监测膜蛋白的热变性时既有它的优越性，也存在一些不足之处。这些结果为THz-TDS技术在生物样品上的应用提供了基本的资料，并完善了相关的理论。

高等植物光系统II大量捕光色素蛋白复合体的稳定性研究

光合作用是地球上最重要的化学反应，它主要发生在叶绿体的类囊体膜上。光能是整个光合作用反应的驱动力，因此光能的捕获和传递过程将会直接影响整个生物体的光合作用表现。在高等植物中，光系统II（PSII）的大量捕光色素蛋白复合体（LHCIIb）作为最主要的、含量最多的光能捕获和传递器官，在光合作用过程中发挥着极其重要的作用。经过数十年的研究，认为LHCIIb主要的功能有以下四个方面：捕获和传递光能、光保护和过剩能量耗散、调节光能在两个光系统中分配和维持类囊体膜的结构。同时对其空间结构也在2.72Å的水平上进行了解析，发现每个单体含有14个叶绿素分子（Chl），其中8个叶绿素 a（Chl a）和6个叶绿素 b（Chl b），2个黄体素（Lut），一个新黄质（Neo）和一个紫黄质（Vio），3个跨膜α-螺旋和2个双亲α-螺旋。尽管目前对其空间结构和基本功能有了初步的了解，但以往研究均是对LHCIIb的三个色素蛋白复合体（Lhcb1、Lhcb2和Lhcb3）的混合研究，而关于Lhcb1、Lhcb2和Lhcb3各自的氨基酸组成、色素组成、各种光谱性质和稳定性研究还处于起步阶段。对Lhcb1、Lhcb2和Lhcb3各自的特性研究可以使我们更加深刻地理解LHCIIb的结构和功能。 本论文首先利用RT-PCR技术从豌豆（Pisum sativum L.）中提取了编码大量捕光色素蛋白复合体的三个脱辅基蛋白基因，分析了它们编码蛋白的氨基酸序列，并系统地研究了三个蛋白与其他物种中的三个蛋白之间的亲缘关系;然后在体外进行了成功的表达和与色素重组，进而对重组LHCIIb的色素组成及光谱特征进行了系统地对比和研究。实验结果表明，Lhcb1和Lhcb3的保守性高于Lhcb2，且Lhcb3最高，Lhcb1和Lhcb2的蛋白序列相似程度高于Lhcb3;Lhcb1同质三聚体的Neo含量和α-螺旋含量高于Lhcb1单体，Lhcb2单体和Lhcb3单体的α-螺旋含量高于Lhcb1单体;与Lhcb1单体和Lhcb2单体相比，Lhcb1同质三聚体和Lhcb3单体的荧光发射光谱明显红移，与核心复合物的光谱特征更加接近，这一区别可能更加有利于能量向核心传递;吸收光谱中表明，Lhcb1和Lhcb2存在两个Chl a吸收峰，根据分析超快吸收得到的模型（Amerongen & Grondelle，2001），这两个吸收峰可能代表Chl a的两个吸收中心。 在对LHCIIb各种基本特性研究的基础之上，本论文使用三氟乙酸（TFA）、离液剂尿素、离子性去污剂SDS、非离子型去污剂Triton X-100对Lhcb1单体进行了处理，使用不同温度对Lhcb1单体和同质三聚体、Lhcb2单体和Lhcb3单体进行处理。研究了它们在不同条件下的稳定性，主要结果如下： 1) 低浓度的尿素不能使Lhcb1变性，但可以影响色素之间的能量传递效率和相互作用。尽管SDS可以使Lhcb1解体，但解体后的蛋白仍旧保留了部分α-螺旋结构。TFA和非离子型去污剂Triton X-100可以使Lhcb1完全解体，并且可以完全破坏蛋白α-螺旋结构，TFA主要是通过影响色素结构和增加蛋白内部的分子间排斥力来破坏Lhcb1，而Triton X-100主要是通过破坏疏水作用力来破坏Lhcb1。高温可以使LHCIIb解体，但不能使蛋白二级结构完全消失。 2) 尿素、温度和Triton X-100均不引起色素本身的破坏，SDS和三氟乙酸使氢置换叶绿素卟啉环所螯合的镁离子，产生去镁叶绿素，造成色素本身结构的严重破坏。 3) 随着温度的升高，色素蛋白复合体的结构和功能会遭到破坏。在Lhcb1和Lhcb2中首先被破坏的是长波长吸收的Chl a。 4) .就功能而言，Lhcb1同质三聚体最为稳定，其次为：Lhcb1单体 > Lhcb3单体 > Lhcb2单体;.就结构而言，Lhcb1单体和Lhcb1同质三聚体相似，稍微较Lhcb2和Lhcb3稳定。 5) 不同处理方式均发现色素蛋白复合体的变性过程依次为：以Chl a为主的相互作用消失，其后依次为以Chl b为主的相互作用消失，以类胡萝卜素为主的相互作用，最后消失的是蛋白的二级结构。在结构受到破坏的同时，能量传递最先受到影响。 6) 解体过程并不是折叠过程的逆过程。

光系统I及其亚组分的分离纯化与光破坏特性的研究

光系统I（photosystem I，PSI）是光合膜上参与光合作用原初反应过程的主要膜蛋白超分子复合体之一。高等植物的PSI是由核心复合体（14个亚基）和捕光色素蛋白复合体I（light-harvesting complex I, LHCI，含4个Lhca蛋白）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（plastocyanin，PC）向基质侧的铁氧还蛋白（ferredoxin，Fd）的电子传递。研究PSI的结构与功能对于揭示植物光合作用高效吸能、传能的分子机理具有重要意义。在本文中，我们首先建立了分离制备PSI及其亚组分的方法（Qin et al., 2007），并在此基础上对PSI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、高效分离纯化PSI及其亚组分方法的建立。 国际上传统的PSI分离方法（Bassi and Simpson, 1987; Croce et al., 1998; Påsllon et al.1995; Schmid et al. 2002），耗时长较长（分离PSI颗粒一般需要多于20h的蔗糖超速离心过程，而分离PSI的亚组分则需要25-60h的蔗糖超速离心过程）、得率较低，这不便于PSI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Triton X-100作为增溶剂，通过差速离心技术获得的粗制品，然后使用十二烷基麦芽糖苷(n-Dodecyl β-D-maltoside, DDM)增溶PSI粗制品，之后采用100,000×g，垂直转头（Beckman VTi 50）0.1-1 mol/L蔗糖梯度离心3h获得纯度较高的PSI颗粒。然后使用DDM和3-(N, N-Dimethylpalmitylammonio) propanesulfonate （zw 3-16）两种增溶剂处理PSI，后经100,000×g，垂直转头（Beckman VTi 50）蔗糖梯度离心4h获得纯度较高的PSI core、LHCI-680、LHCI-730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，采用HPLC分析了各样品的色素组成，结果显示平均每个Lhca蛋白结合1.5-1.6黄体素，1.0紫黄质, 0.8-1.1 β-胡萝卜素，该方法制备的LHCI比传统方法制备的LHCI减少了类胡萝卜素的丢失。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。 2．PSI复合体及其亚组分的特性研究。 PSI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PSI颗粒在pH 5-10相对稳定。PSI、LHCI很难通过加入Mg2+、Ca2+、Na+阳离子聚集沉淀。经绿胶鉴定我们制备的LHCI-680、LHCI-730是二聚体形式;而把PSI绿胶后再进行第二向十二烷基硫酸钠－聚丙烯酰氨凝胶电泳（SDS-PAGE）电泳，结果发现在稍强烈的绿胶增溶条件下，LHCI-730是以二聚体的形式存在，但是LHCI-680却是以单体的形式出现。这说明LHCI形成的二聚体，尤其是LHCI-680，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LHCI-680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．PSI、LHCI光破坏的基本特点。 采用白光（2500 μmol•m-2•s-1）照射PSI颗粒，通过SDS-PAGE及室温吸收光谱检测光照过程中PSI复合体的变化，结果表明：去氧处理能够大大延缓PSI的光破坏，而PSI脱辅基蛋白不会发生光破坏，这说明PSI发生的光破坏可能与Chl与O2的相互作用有关。采用白光（1000 μmol•m-2•s-1、300 μmol•m-2•s-1）处理LHCI-680、LHCI-730，发现LHCI-680被破坏的速度明显快于LHCI-730被破坏的速度，这是首次在体外分离的水平上揭示了不同LHCI光破坏方面的差异。LHCI-680与LHCI-730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Chl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（light-harvesting complex，LHC）对PSI光破坏的影响。 为了研究结合不同的捕光天线对PSI光破坏的影响，我们制备了PSI-LHCII、PSI、PSI core三种复合体。使用白光（2500 μmol•m-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、PSI活性及P700含量的变化，对比三者光破坏的速度，结果发现PSI-LHCII在这三种复合体中光破坏速度最快，而PSI和PSI core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II捕光Chl a/b蛋白复合体II（light-harvesting complex II，LHCII）能够向PSI core传递能量，另外PSI-LHCII绿胶分析的结果表明发生了LHCII三聚体向单体的转变，这种强光下发生的LHCII聚合形式的转化可能是高光强下调节光能捕获的一种机制，由于植物体内具有较完整的保护系统，体内PSI-LHCII的光破坏可能与体外情况不同;另外LHCI与PSI core的解离可能发生在强光照射的早期，具有保护PSI core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PSI光破坏的影响。

竹叶青蛇毒L一氨基酸氧化酶的纯化、诱导细胞凋亡和抗菌作用

经过分子筛层析和离子交换层析，我们从竹叶青(n妇删l黜3蚴堍g矾)蛇毒中纯化得到了竹叶青蛇毒L 氨基酸氧化酶(聊．L旧)。实验表明，7IsV．LAO是一种糖蛋白，其分子由非共价连接的两个相同的亚基组成， SDS-聚丙烯酰氨凝胶电泳一个亚基的表观分子量为58 kDa。俗v．LA0酶比活力为1100 U／IIlg，其分子脱掉糖基 化成分后不影响酶活力。聊．LA0在浓度为1．0隅／ⅡlL以上时可以诱导C8166细胞凋亡。7rsv．uLo对实验病原 微生物具有选择性抗生作用并具有明显的量效关系，对白色念珠菌(A-I℃c2002)、金黄色葡萄球菌(A，I℃c2592)和 短小芽孢杆菌(cMccBll207)的最小抑菌浓度分别是0．3，O．4和1．0∥nlL，即使在最高实验浓度10彬rIlL，’Isv- LA0对其它实验菌株也未显示抑菌作用。

烙铁头蛇毒纤维蛋白原溶酶研究Ⅰ: 分离纯化及理化性质

通过DEAE-SephadexA-50、DEAE-SepharoseCL-6B、MonoQ(FPLC) 三步离子交 换柱层析, 纯化得到一新的纤维蛋白原溶酶, 在碱性聚丙烯酰胺凝胶电泳和SDS- 聚丙烯酰胺凝胶电泳上均呈单一的蛋白带。纤溶实验表明: 烙铁头蛇毒纤维蛋 白原溶酶(TMVFg)具有激活纤溶作用。纯化的TMVFg对酪蛋白无作用, 无出血活性 , 与凝血酶样酶、出血毒素及β-纤维蛋白原溶酶明显不同。图5表4参14

Sepharose 4B一步法对金环蛇蛇毒磷脂酶A_(2)的分离纯化

利用经酸处理的Sepharose 4B为层析介质,以含0.2mol/L半乳糖,pH7.4台氏液作为洗脱液,从广西产金环蛇(Bungarus fasciatus)蛇毒中一步分离得到一种磷脂酶A_(2)。用SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳测定其分子量为14kDa。N端部分序列测定表明,所分离得到的磷脂酶A_(2)其N端16个氨基酸残基序列与已报道的金环蛇蛇毒磷脂酶A_(2)同功酶Ⅵ(Lu＆Lo,1978)一致。该酶糖含量较高,为13.4%;具有弱的磷脂酶A_(2)活性,无毒,也无溶血和出血毒活性。

ISOLATION AND PROPERTIES OF A BLOOD-COAGULATION FACTOR-X ACTIVATOR FROM THE VENOM OF KING COBRA (OPHIOPHAGUS HANNAH)

A specific blood coagulation factor X activator was purified from the venom of Ophiophagus hannah by gel filtration and two steps of FPLC Mono-Q column ion-exchange chromatography. It showed a single protein band both in sodium dodecyl sulfate-polyacrylamide gel electrophoresis (SDS-PAGE) and alkaline polyacrylamide gel electrophoresis. The mol. wt was estimated to be 62,000 in non-reducing conditions and 64,500 in reducing conditions by SDS-PAGE. The isoelectric point was found to be pH 5.6. The enzyme had weak amidolytic activities toward CBS 65-25, but it showed no activities on S-2266, S-2302, thrombin substrate S-2238, plasmin substrate S-2251 or factor Xa substrate S-2222. It had no arginine esterase activity toward substrate benzoylarginine ethylester (BAEE). The enzyme activated factor X in vitro and the effect was absolutely Ca2+ dependent, with a Hill coefficient of 6.83. It could not activate prothrombin nor had any effect on fibrinogen and thus appeared to act specifically on factor X. The procoagulant activity of the enzyme was almost completely inhibited by serine protease inhibitors like PMSF, TPCK and soybean trypsin inhibitor; partially inhibited by L-cysteine. Metal chelator EDTA did not inhibit its procoagulant activity. These results suggest that the factor X activator from O. hannah venom is a serine protease.

Characterization of three fibrinogenolytic enzymes from Chinese green tree viper (Trimeresurus stejnegeri) venom

Rong Gao, Yun Zhang, Qing-Xiong Meng, Wen-Hui Lee, Dong-Sheng Li, Yu-liang Xiong and Wan-Yu Wang. Characterization of three fibrinogenolytic enzymes from Chinese green tree viper (Trimeresurus stejneger ) venom. Toxicon 36, 457-467, 1998.-From the venom of Chinese green tree viper (Trimeresurus stejnegeri), three distinct fibrinogenolytic enzymes: stejnefibrase-l, stejnefibrase-2 and stejnefibrase-3, were purified by gel filtration, ion-exchange chromatography and reverse-phase high-performance chromatograghy (HPLC). SDS-PAGE analysis of those three enzymes showed that they consisted of a single polypeptide chain with mel. wt of -50 000, 31 000 and 32 000, respectively. Like TSV-PA (a specific plasminogen activator) and stejnobin (a fibrinogen-clotting enzyme) purified from the same venom, stejnfibrase-1, -2 and -3 were able to hydrolyze several chromogenic substrate. On the other hand, different from TSV-PA. and stejnobin, stejnefibrase-l, -2 and -3 did not activate plasminogen and did not possess fibrinogen-clotting activity. The three purified enzymes directly degraded fibrinogen to small fragments and rendered it unclottable by thrombin. Stejnefibrase-2 degraded preferentially BE-chain while stejnefibrase-l and -3 cleaved concomitantly Ax and B beta-chains of fibrinogen. None of these proteases degraded the gamma-chain of fibrinogen. When correlated with the loss of clottability of fibrinogen, the most active enzyme was stejnefibrase-l. The activities of the three enzymes were inhibited by phenylmethylsulfonyl fluoride (PMSF) and p-nitrophenyl-p-guanidinobenzoate (NPGB), indicating that like TSV-PA and stejnobin, they are venom serine proteases. (C) 1998 Elsevier Science Ltd. All rights reserved.