Ca 2+对叶绿体膜流动性及光系统II叶绿素蛋白质复合物的影响

通过实验我们证明Ca2+对叶绿体膜的流动性，对PS I和PS II叶绿素蛋白质复合物的相对含量，以及PS I和PS II的多肽均有影响。 Ca2+对叶绿体膜表层的流动性影响不大，但降低了叶绿体膜深层脂质分子的流动性。从另一个角度阐明了Ca2+抑制光能从PS II向PS I传递的机制。 Ca2+可使PS I的21，23，110KD的多肽转移至PS II，LHCP1和LHCP2中的CF1的两个亚基（55，60KD）转至CPa和LHCP3，从而增加了PS II的捕光截面，引起激发能在两个系统之间的分配的改变。 用免疫学方法可以证明CPIa2和LHCP2的Ab为复合抗体，CPIa1的Ab为单抗，我们可以推测向日葵的不同叶绿素蛋白质复合物具有同源性。

光系统II反应中心D1/D2/Cyt b559复合物的光谱特性及其光破坏作用的研究

采用柱层析法从菠菜叶绿体中分离纯化得到高等植物光系统Ⅱ(PSⅡ)反应中心色素蛋白复合体Dl/D2/Cyt b559，并对其性质，特别是光破坏作用的分子机理进行了研究。主要结果如下： 1、PSⅡ反应中心复合物所含的色素比大约为Chla／2 Pheo a=6.0。其四阶导数光谱在红区有两个峰，表明该反应中心至少存在两种结合状态的Chla。 2、Dl/D2/Cyt b559复合物的荧光相对产率及发射光谱的谱带位置与样品的浓度直接相关。只有当样品的浓度达到足够稀的程度(Chla和Pheo a总浓度小于1μg／ml)，才能得到较真实的荧光光谱，其峰位在681nm处。 3、Dl/D2/Cyt b559复合物的CD光谱在红区（Qy带）有一对反向谱带，正蜂为680nm,负峰为660nm，而在β-胡萝卜素的吸收区没有明显的CD信号。当该反应中心复合物受光破坏后，CD信号明显下降，而且当正峰完全消失后，负峰仍然存在，说明负峰不仅包含P680 的信号，也包含其它色素分子的信号，很可能有部分来源于Pheo a。 4、Dl/D2/Cyt b559复合物在488nm处激发的共振拉曼光谱显示四个主要谱带，其峰位分别在1532(ν1)、1165(ν2)、1010(ν3)和970cm-1（ν4）处，表明PSⅡ反应中心结合的B-胡萝卜素分子是全反式构型。Dl/D2/Cyt b559复合物的色素抽提液的拉曼光谱也显示四个主要的拉曼峰，其中ν4谱带的强度急剧下降，说明PSⅡ反应中心内部结合的β-胡萝卜素分子与抽提液中自由的β-胡萝卜素分子的构象不同，而与光合细菌反应中心内部的类胡萝卜素分子的构象相似，其共轭多烯链的平面也处于扭曲状态。 5、光照使PSⅡ反应中心的原初电子供体P680受到破坏，在光照后的暗放置过程中P680分子继续受到破坏，表明在光照过程中很可能有一个相对稳定的反应中间体产生，以至于光照后暗放置过程中Dl/D2/Cyt b559复合物的光谱特性继续发生变化。也就是说，PSⅡ反应中心Dl/D2/Cyt b559复合物的光破坏不是一步反应，而是一个多步反应或多条途径。 6、光照使Dl/D2/Cyt b559复合物中的组氨酸(His)残基受到很大程度的破坏，甲硫氨酸(Met）残基的含量也略有下降，而其它氨基酸的含量基本保持不变。His残基的破坏很可能与光照后暗放置过程中Dl/D2/Cyt b559复合物的光谱特性变化相关。我们认为His残基的光照破坏很可能是Dl/D2/Cyt b559复合物受光照破坏的另一分子机理。 7、人工电子受体癸基质体醌(DPQ)可以与Dl/D2/Cyt b559复合物进行重组。Dl/D2/Cyt b559复合物的荧光衰减分析表明，在DPQ重组之后，两个长寿命荧光组分（24ns和73ns）的寿命减小，而且占整个荧光的分数也下降，表明这两个长寿命荧光衰减组分均来源于电荷重组过程。同时，β-胡萝卜素分子在DPQ重组之后更易于被光照破坏，这个过程可能与β-胡萝卜素分子的生理功能相关。 8、在没有外加人工电子受体的情况下，光照使DDl/D2/Cyt b559 复合物的多肽组成发生一定变化。SDS-PAGE图谱中出现一个约40KDa的新谱带，同时Dl与D2多肽的表观分子量增加，谱带染色强度下降。 9、本文根据以上实验结果，着重对Dl/D2/Cyt b559复合物光破坏的分子机理进行了分析和讨论，并在D1蛋白裂解的两种可能途经中又增加了一个新的可能导致Dl蛋白裂解的途径，即：His残基的光照破坏可以作为Dl/D2/Cyt b559复合物光破坏及Dl蛋白裂解的又一分子机理，这为深入研究PSⅡ反应中心的光破坏提供了新的线索，也为今后研究活体内光抑制现象的分子机制打下了良好的基础

光系统II反应中心吸能和转能的分子机理研究

全文分两部分，(1)．PsⅡ反应中心色素分子光破坏的分子机理研究;(2)．PSⅡ反应中心原初反应的动力学机理研究。 在第一部分中，在分离纯化的光系统Ⅱ反应中心Dl/D2/Cyt b559复合物中，采用高效液相色谱技术，首次发现PSⅡ反应中心去镁叶绿素分子的光照破坏，研究了去镁叶绿素的光破坏机理，观察到PsⅡ反应中心内部存在一个与光化学活性无关的去镁叶绿素分子，从而提供了PSⅡ反应中心存在两条电子传递链的第一个实验证据，提出了去镁叶绿素对PsⅡ反应中心的光保护假说和光合作用反应中心第二条电子传递支路的光保护假说。用高效液相色谱技术还观察到PSⅡ反应中心的6个叶绿素a分子，有三种不同的存在状态，认为PSl反应中心的最小色素组成为每个反应中心含有4个叶绿素a和2个去镁叶绿素。用光破坏的方法证明PsⅡ原初电子供体P680是由两个叶绿素n分子组成，认为P680是以一个二聚体形式存在，首次发现P680的光破坏过程包含失去中心镁原子的反应。 在第二部分中，用皮秒和飞秒时间分辨光谱技术，在PsⅡ颗粒、PsⅡ核心复合物和PSⅡ反应中心三个层次上，研究了PsⅡ原初反应的动力学性质，着重研究电荷分离和PsⅡ反应中心内部的能量传递过程。结果表明，B-胡萝卜素和P680之间的能量传递时间常数为350p8左右，去镁叶绿素a与P680之间的能量传递时间为lOOp8左右，提出了可能的动力学模型。 在目前分歧最大的原初电荷分离时间常数测定这一焦点问题上，得到的初步结果表明PsⅡ反应中心电荷分离时间为3-3.5pa左右，这一结论与文献上报道的21pa不同，丽倾向于支持国际上3p8的观点。

光系统II反应中心复合物组成性质与光仰制分子机理研究

由于光系统Ⅱ反应中心Dl/D2/Cyt b559色素蛋白复合物(PSII-RC)的红 区吸收光谱严重重叠，给其组成特性研究及光抑制分子机理研究造成 了困难，因此我们运用多种光谱分析技术配合计算机数据处理技术对 PSII-RC复合物的组成特性进行了研究，并用自己建立的方法对PSII-RC 的色素和多肽的化学计量进行了进一步确定，另外还重点研究了单线 态氧在PSII-RC光破坏中的作用，据此提出新的PSD[-RC光抑制分子机 理。主要结果如下： 1．用反相HPLC外标法测定我们制备的色谱纯PSR-RC样品的色素化 学计量结果为Chl:Pheo:Car= 6:2:2。我们发现，当PSII-RC中存在微量CP47 时，Chl: Pheo的比例与CP47的含量呈正相关关系，说明较高的Chl比例 可能表示样品中有CP47污染。结果还表明PSII-RC中Car: Pheo的比例也与 CP47含量有关，说明CP47可影响Car在PSII-RC上的结合，这暗示CP47可 能结合Car，或者CP47对PSII-RC上Car的结合位点有影响，这一推测对阐 明CP47的功能有一定启发作用。 2．建立了一种估算PSII-RC多肽化学计量的理论计算方法，即利用计 算机统计PSII-RC中各多肽组分的不同氨基酸残基数量，以确定不同多 肽化学计量时的理论氨基酸残基组成，并与PSlI-RC的实测氨基酸残基 组成进行比较，得到所用PSII-RC样品的多肽化学计量值为D1+D2:Cyt b559-o+邮：I=2:1:1. 3．对PSII-RC的红区吸收光谱进行了高斯解析，发现680 nm附近含有 峰高和半高宽明显不同的两个高斯组分，它们对光抑制处理的响应具 有明显差别，分别表现了P680和Pheo的特征。由此可知，在680nm处除了 有P680的信号外，PSII-RC中的Pheo在这个区域也有跃迁组分。这个结果 表明光抑制进程中PSII-RC红区吸收光谱信号的下降除了P680的破坏 外，还与Pheo的破坏有关。 4．用Ste)anov关系式分析了PSII-RC色素激发态分布的平衡状态，发现 经过暗适应的PSII-RC的激发态可达到充分的平衡，光抑制处理可导致 PSIL-RC激发态平衡受到破坏。 5．用荧光发射光谱观察到PSII-RC在光抑制进程中有弱光破坏和强光 破坏两个破坏过程，前者是与色素间能量传递的色素结合状态与 取向的破坏，后者与色素本身化学结构的破坏有关。通过研究不同激发波长下的发射光谱发现Car的弱光破坏过程比Chl快，暗示Car可能的保护作用，而Pheo的破坏程度比Chl小。从发射光谱组分的光破坏时间 进程推断强光破坏过程导致的色素破坏是多步反应，验证我们小组原 先报导的PSII-RC的多步反应特性。 6．首次将磁圆二色光谱( MCD)技术应用于PSII-RC研究，发现MCD明显表现出比吸收光谱要丰富得多的光谱精细结构，同时还具有较高的灵敏度和分辨率，不经过任何解析就可直接观察到680 nm组分及其它色素组分的变化，而且PSⅡ-RC中的Car没有明显MCD信号，使PSII-RC谱 图简化，便于进一步分析。用MCD技术还观察到光抑制初期Chl从PSII- RC复合物上脱离及Pheo的光破坏现象。 7．分别用HPLC法、吸收光谱高斯解析法、荧光发射光谱分析法和MCD法共四种方法证明了PSII-RC中Pheo的光破坏，充分证实我们小组关于Pheo光破坏的报导，同时还证明Pheo的光破坏是单线态氧作用的结果。 8．给出了单线态氧参与PSII-RC色素和蛋白光破坏的直接实验证 据，即发现光抑制过程中色素和蛋白的破坏受到单线态氧的特异性清除剂的保护，用化学方法在暗中产生的单线态氧同样造成与光抑制相 似的PSII-RC各组分的损伤，由此说明单线态氧是PSII-RC光抑制过程中 的直接破坏因子。 9．提出了PSII-RC中Hiis残基光破坏的一种新的分子机理。用组氨酸残基的特异性化学修饰剂证实以前我们实验室发现的PSI[-RC组氨酸残基的光破坏，根据比较蛋白变性前后的测定结果，初步证明PSIl-RC中 受光破坏的His残基位于P680附近。我们还观察到光抑制处理后，PSII- RC表现与组氨酸残基被修饰后的样品相似的紫外吸收特征，由此提出 PSII-RC中His残基光破坏的一种分子机理，即His残基的眯唑环上的两个氮原子与其它多肽上的游离氨基在单线态氧的作用下发生反应形成酰 胺键而导致PsII-RC多肽间的共价交联，推测PSII-RC中His残基的光破坏与其蛋白的光致交联和降解有直接的因果联系。

光系统II复合物的光仰制特征及其内源保护机理

本文以菠菜PSⅡ颗粒PSⅡ核心复合物和PSⅡ反应中心复合物为材料通过比较光抑制处理和单线态氧处理对上述制剂色素、蛋白和光谱特性的影响，．以及光抑制对细胞色素b559 (Cyt b559)和放氧的影响，研究了PSⅡ光抑制及其内源保护机理得到如下的结果: 1)光抑制处理和外源单线态氧处理对PSⅡ具有相似的破坏特性,同时，加入单线态氧的特异性清除剂组氨酸(His)可明显遏制光抑制处理对PSⅡ各组分的破坏这些结果说明单线态氧参与了PSⅡ的光破坏过程. 2) PSⅡ蛋白组分不仅受到强光的破坏，而且在照光后暗放置过程中还继续受到破坏 这种暗放置破坏过程具有温度敏感性因此推测在光照后暗放置过程中的PSⅡ蛋白降解是酶促反应这些结果证明，PSⅡ蛋白的光破坏具有活性氧损伤和酶促水解两种可能的破坏机理． 3)首次观察到PSⅡ中Cyt b559的高电势态(qt b559 HP)的百分含量在光抑制初期上升，随后下降的现象且这种变化受到外加强His的遏制。表明光抑制产生的单线态氧参与了Cytb559 HP百分含量的改变,同时还观察到这种变化的时间进程与PSⅡ蛋白二级结构在光抑制中变化的时间进程相似后者也表现出双相变化进程这说明光抑制产生的单线态氧引起了蛋白构象的变化后者导致了Cytb559 HP百分含量的改变. 4)在不同的处理条件下，PSⅡ放氧活性的变化与Cyt b559 HP百分含量的变化具有明显的相关性它们的变化可能具有相同的原因，即PSⅡ蛋白构象的改变． 5)无氧条件下照光时’PSⅡ反应中心复合物中的Cytb559的低电势态(Cytb559 LP)可从Pheo得到电子而被还原具有较高反应活性的Pheo被清除这体现了Cytb559 LP的一种光保护功能. 综合上述结果及参考已有的文献我们提出了一种以Cytb559为中心的PSⅡ光抑制快速内源保护机理的调控模型。光抑制通过影响PSⅡ蛋白构象而使Cytb559 HP和Cytb559 LP发生相互转换。Cytb559 HP具有清除活性氧的功能，而Cytb559 LP态则具有从Pheo或QA吸收电子的作甩因此它们可受PSⅡ不同状态的调节进行相互转换以淬灭活性自由基达到保护PSⅡ功能的目的。

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。

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。

光系统II放氧复合物的光组装研究

本论文研究了一系列具有不同配位环璄的锰化合物与去锰的PSII的光组装过程，得到了以下主要结果： 1. 分别对两组二核锰化合物与去锰的PSII 颗粒进行了重组研究。第一组的两个二核锰化合物中，锰原子具有相同的外围配体、氧化还原状态，但是不同的连接方式;而第二组的两个二核锰化合物中，锰原子具有相同的连接方式、氧化还原状态，但是不同的外围配体。实验结果表明，锰化合物中两个锰原子之间的连接方式及外围配体的不同都可以导致锰簇光组装效率的不同，但这两种因素引起的光组装效率的差异比锰原子的氧化还原状态引起的差别要小的多。因此我们推断，锰原子的氧化还原状态是影响光组装效率最重要的因素之一。 2. 选择了三个四核锰化合物与去锰PSII 颗粒进行重组，测定其电子传递与放氧活性。研究结果表明，具有较少配体和较小分子的两个化合物H568和WM01具有较高的重组活性，而另一个化合物Z342的活性较低。这说明化合物配体的数目以及分子的大小影响了光组装效率。另外, 化合物H568和WM01在重组过程中对CaCl2也比Z342更敏感，推测这可能是因为这两个锰化合物中有更多的的羧基可以与Ca2+发生相互作用，而这种作用有助于锰的配位，进而促进光组装。 3. 研究了Mn/Ca的簇合物与去锰的PSII 颗粒的光重组, 研究发现，尽管化合物wwg-27本身就含有Ca的成分，但它在与光系统II的光组装过程中仍然表现为外源Ca需要的趋势，而且这一化合物也表现了比MnCl2更高的光组装效率。 4. 研究了MnCl2与去锰PSII 颗粒的重组过程中，组氨酸和酪氨酸的存在对光组装效率的影响。 研究结果表明，加入一定量的组氨酸和酪氨酸均可以明显的提高样品的放氧活性，并且这两种氨基酸对光组装效率的影响均与pH值有关。

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II大量捕光色素蛋白复合体（LHCIIb）结构和功能关系 的定点突变研究

定点突变技术可以对某个已知基因的特定碱基进行定点改变、缺失或者插入，从而改变对应的氨基酸序列和蛋白质结构，因而成为研究蛋白质结构和功能之间的复杂关系的有力工具。对突变基因的表达产物进行研究有助于我们了解蛋白质结构和功能的关系，探讨蛋白质的结构/结构域。 植物体光系统II的大量捕光色素蛋白复合体（LHCIIb）具有多种功能，在自然界不同日光光强下分别执行捕获、传递光能或将过度激发能非光化学耗散的功能。最新的近原子分辨率LHCIIb晶体结构揭示出在LHCIIb穿膜螺旋B/C之间的环区具有复杂的超二级结构，其中一个新发现就是在此环区靠近穿膜螺旋C的区域中存在一个反平行股的结构，其功能不明。为了研究此反平行链对于LHCIIb复合体在结构和功能上的意义，我们将了这一区域的3个氨基酸（Val119、His120、Ser123）分别定点突变成Phe、Leu和Gly，并研究了这三个定点突变对LHCIIb结构和功能上的影响。结果如下：1，CD光谱揭示出该反平行链对于调节新黄质及其附近色素群的构象十分重要。虽然这三个突变只造成很少的新黄质丢失（V119F, 0.09; S123G, 0.17; and H120L, 0.26），但是却使色素构象发生了巨大变化。2，将S123突变成G导致复合物对光破坏更加敏感并且更易于聚集，在介质酸化后复合物的荧光淬灭更加显著。这些结果说明这段反平行链对于调节LHCIIb色素构象以及控制LHCIIb聚集体形成和叶绿素荧光产量具有重要作用。 以结构为基础的计算设计方法与定向进化相结合是蛋白质工程的一个发展方向。最近，通过计算设计已成功地向蛋白质引入了新的催化活性、提高了蛋白质的稳定性、设计了酶的催化活性位点、改变了酶的底物特异性等. 目前还没有见到有研究定向地，以理性方式对LHCIIb进行蛋白质设计。我们使用蛋白质的计算机辅助设计工具——RosettaDesign鉴定出一个可以显著提高LHCIIb光、热稳定性的定点突变I124L，并且突变体的的结构和功能与野生型无异。这是首次将计算机辅助设计应用于提高LHCIIb稳定性的研究。

Major histocompatibility complex class I involvement in the rejection of allogeneic erythrocytes in rainbow trout (Oncorhynchus mykiss)

Major histocompatibility complex genes are thought to be involved in allogeneic graft rejection but not many reports are available on their functional analysis in fish. Analysis of available sequences of MHC genes suggests functions in antigen presentation similar to those found in higher vertebrates. In mammals, the MHC class I and class II molecules are major determinants of allogeneic graft rejection due to their polymorphism in conjunction with their antigen presenting function. In fish, MHC class H molecules are found to be involved in rejection of allogeneic scale grafts. The present study was designed to investigate the involvement of MHC class I molecules in allograft rejection. Erythrocytes were collected from donors of rainbow trout expressed different class MHC class I alleles, stained with two dyes, mixed and grafted to the recipients that were of the same sibling group as the donors. The grafts were rejected by allogeneic recipients and the MHC class I linkage group was the major determinant for the rejection.

Metal Retention Experiments for the Design of Soil-Mix Technology Permeable Reactive Barriers

Soil-mix technology is effective for the construction of permeable reactive barriers (PRBs) for in situ groundwater treatment. The objective of this study was to perform initial experiments for the design of soil-mix technology PRBs according to (i) sorption isotherm, (ii) reaction kinetics and (iii) mass balance of the contaminants. The four tested reactive systems were: (i) a granular zeolite (clinoptilolite-GZ), (ii) a granular organoclay (GO), (iii) a 1:1-mixture GZ and model sandy clayey soil and (iv) a 1:1:1-mixture of GZ, GO and model soil. The laboratory experiments consisted of batch tests (volume 900mL and sorbent mass 18g) with a multimetal solution of Pb, Cu, Zn, Cd and Ni. For the adsorption experiment, the initial concentrations ranged from 0.01 to 0.5mM (2.5 to 30mg/L). The maximum metal retention was measured in a batch test (300mg/L for each metal, volume 900mL, sorbent mass 90-4.5g). The reactive material efficiency order was found to be GZ>GZ-soil mix>GZ-soil-GO mix>GO. Langmuir isotherms modelled the adsorption, even in presence of a mixed cations solution. Adsorption was energetically favourable and spontaneous in all cases. Metals were removed according to the second order reaction kinetics; GZ and the 1:1-mix were very similar. The maximum retention capacity was 0.1-0.2mmol/g for Pb in the presence of clinoptilolite; for Cu, Zn, Cd and Ni, it was below 0.05mmol/g for the four reactive systems. Mixing granular zeolite, organoclay and model soil increased the chemisorption. Providing that GZ is reactive enough for the specific conditions, GZ can be mixed to obtain the required sorption. Granular clinoptilolite addition to soil is recommended for PRBs for metal contaminated groundwater. The laboratory experiments consisted of batch tests with a multimetal solution of Pb, Cu, Zn, Cd and Ni. The four reactive materials chosen were granular zeolite, clinoptilolite and model sandy clayey soil, granular organoclay and a mix of clinoptilolite, model soil and organoclay. The reactive material efficiency order was found to be granular clinoptilolite>clinoptilolite-soil mix>clinoptilolite-soil-organoclay mix>granular organoclay. © 2011 WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim.

Application of level II reliability theory

Level II reliability theory provides an approximate method whereby the reliability of a complex engineering structure which has multiple strength and loading variables may be estimated. This technique has been applied previously to both civil and offshore structures with considerable success. The aim of the present work is to assess the applicability of the method for aircraft structures, and to this end landing gear design is considered in detail. It is found that the technique yields useful information regarding the structural reliability, and further it enables the critical design parameters to be identified.

Multi-hit armour characterisation of metal-composite bi-layers

The ballistic performance of equi-mass plates made from (i) stainless steel (SS); (ii) carbon fibre/epoxy (CF) laminate and (iii) a hybrid plate of both materials has been characterised for a spherical steel projectile. The hybrid plate was orientated with steel on the impact face (SSCF) and on the distal face (CFSS). The penetration velocity (V 50) was highest for the SS plate and lowest for the CF plate. A series of double impact tests were performed, with an initial velocity V I and a subsequent velocity V II at the same impact site. An interaction diagram in (V I,V II) space was constructed to delineate penetration from survival under both impacts. The degree of interaction between the two impact events was greater for the CFSS plate than for the SSCF plate, implying that the distal face has the major effect upon the degree of interaction.

Single sublattice endotaxial phase separation driven by charge frustration in a complex oxide.

Complex transition-metal oxides are important functional materials in areas such as energy and information storage. The cubic ABO3 perovskite is an archetypal example of this class, formed by the occupation of small octahedral B-sites within an AO3 network defined by larger A cations. We show that introduction of chemically mismatched octahedral cations into a cubic perovskite oxide parent phase modifies structure and composition beyond the unit cell length scale on the B sublattice alone. This affords an endotaxial nanocomposite of two cubic perovskite phases with distinct properties. These locally B-site cation-ordered and -disordered phases share a single AO3 network and have enhanced stability against the formation of a competing hexagonal structure over the single-phase parent. Synergic integration of the distinct properties of these phases by the coherent interfaces of the composite produces solid oxide fuel cell cathode performance superior to that expected from the component phases in isolation.