高等植物光系统II捕光色素蛋白复合体腔侧环区影响结构和功能的机理

项目名称： 高等植物光系统II捕光色素蛋白复合体腔侧环区影响结构和功能的机理

项目编号： No.30800069

项目类型： 青年科学基金项目

立项/批准年度： 2009

项目学科： 化学工业

项目作者： 刘成

作者单位： 中国科学院植物研究所

项目金额： 22万元

中文摘要： 本项目应用定点突变的分子生物学和生物化学方法研究了高等植物豌豆的光系统II的主要捕光色素蛋白复合体（LHCIIb）的腔侧环区和其他区域，在腔侧环区边缘发现了一个能够明显提高LHCIIb稳定性的突变体，对于该位点的进一步的研究揭示了突变提高LHCIIb稳定性的机理，这对于提高膜蛋白稳定性的研究具有指导意义。为了研究腔侧环区的差别对于LHCIIb不同亚基的影响，本项目研究了LHCIIb三种亚基在不同温度下的解体过程。结果发现LHCIIb的解体过程显示出明显的三个阶段。其中第一个阶段是在20到50或60摄氏度，复合体内部发生了叶绿素构象的可逆变化。这些变化与对高温的适应机制有关。第二个阶段是从50或60度到70度，在这个阶段以680nm和650nm的吸收明显降低为显著特征。而最后一个阶段是在70度到80度，色素完全脱离复合体，复合体彻底解体。本项目克隆了重要经济作物竹子LHCIIb中的不同脱辅基蛋白的基因，并且体外表达了这些亚基的脱辅基蛋白以及研究了重组后复合体的生化和光谱特性。结果发现和其他高等植物相比，竹子的LHCIIb没有独特的光谱和生化特性。

中文关键词： LHCIIb； 腔侧环区；构象变化；荧光淬灭

英文摘要： Sited-directed mutagenesis has been applied on the lumenal loop and other region of the light-harvesting chlorophyll a/b complexes of PSII（LHCIIb）and one mutation which improves the stability of LHCIIb has been discovered. Further study on this site revealed the mechanism of the improvement, which sheds light on study of membrane protein stability improvement. The temperature-dependent disassembly process of three monomeric isoforms of LHCIIb, which contain different lumenal loop, has been studied. The results suggested there are obviously three stages in the process.The first stage is characterized by the reversible change of the transition energy of the Chls(20-50 degree). These processes might be related to the mechanism of LHCIIb's adaptation to elevated temperatures. The second stage, beginning at about 50-60 degree, is characterized by the onset of the pigment dissociation and the disappearance of absorption at 680 nm, and the excitonic interaction of pigments. The last step, begins at about 70 degree, may be related to the complete breakdown of the LHCIIb structures, which is related to the dissociation of all the bound pigments, and the disappearance of the excitonic interactions among the bound pigments.Three isoforms of LHCIIb in bamboo have been investigated biochemically and spectroscopically and results suggested that in spite of small differences, different Lhcb isoforms in bamboo possess similar characteristics as those in other higher plants.

英文关键词： LHCIIb; lumenal loop; conformational change; fluorescence quenching