紫色非硫細(xì)菌外周捕光復(fù)合體性質(zhì)及其類(lèi)胡蘿卜素調(diào)控能量傳遞效率的分子機(jī)制研究.pdf

1、不產(chǎn)氧光合細(xì)菌是研究光合作用最為深入的一個(gè)類(lèi)群。太陽(yáng)能主要由光合元件外周捕光復(fù)合體（LH2）吸收，并通過(guò)中心捕光復(fù)合體（LH1）傳遞到反應(yīng)中心（RC）進(jìn)行光能的轉(zhuǎn)化。不產(chǎn)氧光合細(xì)菌的LH2呈現(xiàn)高度多樣性，但其結(jié)構(gòu)、性質(zhì)以及功能之間的關(guān)系，還未見(jiàn)系統(tǒng)報(bào)道。另外，類(lèi)胡蘿卜素豐度多樣，類(lèi)胡蘿卜素取代基、極性和共軛長(zhǎng)度的差異與LH2結(jié)構(gòu)和功能關(guān)系的研究還缺乏系統(tǒng)研究。針對(duì)上述問(wèn)題，本課題選用Rhodobacter.azotoformans(Rh

2、o.azotoformans)和Rhodopseudomonas palustris(Rps.palustris)為研究材料，主要采用蛋白質(zhì)層析技術(shù)和光譜法、結(jié)合分子間相互作用的動(dòng)力學(xué)和熱力學(xué)分析，系統(tǒng)研究了這兩株菌LH2的純化條件、色素組分、性質(zhì)和能量傳遞效率；脫輔基蛋白與輔因子Car和細(xì)菌葉綠素（BChl）分子的相互作用；光照強(qiáng)度與外源物質(zhì)對(duì)LH2類(lèi)型及其Car的調(diào)控；Car復(fù)合組分對(duì)LH2能量傳遞的調(diào)控機(jī)制。主要研究結(jié)果如下：

3、r>　　1．采用不同的膜蛋白分離策略，系統(tǒng)研究了Rba.azotoformans和Rps.palustris色素蛋白復(fù)合體的純化方法。在破壁條件、表面活性劑種類(lèi)和濃度、粗分級(jí)方法和條件、細(xì)分級(jí)條件等方面進(jìn)行了選擇和優(yōu)化，獲得2個(gè)菌株中色譜純和光譜純的PPC；硫酸銨鹽析結(jié)合離子交換層析可以得到不同光譜類(lèi)型的PPC；超離結(jié)合離子交換層析可以得到PPC，操作簡(jiǎn)便，但對(duì)于純化多拷貝pucBA表達(dá)形成的LH2較難實(shí)現(xiàn)；LDAO用于增溶膜蛋白，可以

4、達(dá)到較好的增溶效果；在Bradford蛋白定量法的基礎(chǔ)上進(jìn)行修正，消除了Car和BChl對(duì)PPC蛋白定量的干擾，達(dá)到簡(jiǎn)便易行測(cè)定蛋白含量的效果；采用冷凍干燥法濃縮樣品，以12％濃度分離膠電泳，上樣濃度為6-9μg/μL，得到電泳純的PPC，包括2種LH2，2種RC和2種RC-LH1。
　　2．Rba.azotoformans LH2（A-LH2）和Rps.palustris LH2（P-LH2）色素組分分析表明：A-LH2含有2種

5、BChl，BChl aP和BChl aDHGG，1種Car，球形烯。P-LH2含有4種BChl，BChl aP、BChl aGG、BChl aTHGG和BChl aDHGG和4種Car，3,4-雙脫氫紫菌紅素乙、紫菌紅素乙、脫水紫菌紅醇和番茄紅素。通過(guò)溫度、pH、SDS和光照的作用動(dòng)力學(xué)過(guò)程的分析，揭示了兩種復(fù)合體性質(zhì)的差異。在不同條件下，P-LH2比A-LH2表現(xiàn)出更強(qiáng)的穩(wěn)定性。通過(guò)調(diào)節(jié)SDS濃度和pH獲得兩種B800缺失LH2。通過(guò)

6、B800 BChl的脫除，獲得了兩類(lèi)Rps.palustrisB800 BChl解離的LH2，為異質(zhì)性L(fǎng)H2的分離提供了新的思路。
　　3．光照強(qiáng)度對(duì) LH2調(diào)控研究表明：隨著光照強(qiáng)度的降低，光合生長(zhǎng)受到抑制，細(xì)胞的生長(zhǎng)速率降低，LH2中結(jié)合Car的種類(lèi)和含量發(fā)生變化，以提高捕光效率。Rps.palustris CQV97合成LH4以適應(yīng)光強(qiáng)。Rba.azotoformans具有獨(dú)特的適應(yīng)光強(qiáng)機(jī)制，包括：合成了LH3，觸發(fā)Rhod

7、obacter中鮮有報(bào)道的螺菌黃質(zhì)途徑Car的合成并結(jié)合在LH3中。LH3中的Car采取扭曲構(gòu)象，提高了LH3的能量傳遞效率。通過(guò)全基因組中puc和crt的分析，進(jìn)一步確定Rba.azotoformans獨(dú)特的適應(yīng)光強(qiáng)能力具有物質(zhì)基礎(chǔ)。
　　4．通過(guò)在培養(yǎng)基中添加不同濃度二苯胺，研究二苯胺對(duì)細(xì)胞生長(zhǎng)和Car合成的抑制規(guī)律，并獲得Car部分缺失的LH2。球形烯和3,4-雙脫氫紫菌紅素乙分別在Rba.azotoformans和Rps.

8、palustris菌株中的相對(duì)含量，隨著DPA濃度的增大而明顯增加。在75μmol/L和100μmol/L的DPA濃度下，分別純化到Car缺失率為60-70%的P-LH2和A-LH2。室溫下、10mmol/L Tris-HCl-0.1%LDAO緩沖液（pH8.0）體系中，通過(guò)反復(fù)超聲孵育，不同共軛體系的Car與部分缺失Car的LH2發(fā)生自組裝，組裝效率在24%-33%之間；重組LH2的能量傳遞效率，隨著重組Car的共軛體系增加而降低，基

9、本與現(xiàn)行觀(guān)點(diǎn)相符。但在P-LH2中，紫菌紅素乙重組后，使重組LH2的能量傳遞效率有較大提高，表明Car之間的互作影響能量傳遞效率。
　　綜上所述，本文通過(guò)Rba.azotoformans和Rps.palustris LH2穩(wěn)定性分析，揭示了兩種LH2的結(jié)構(gòu)緊密度的差異，前者結(jié)構(gòu)緊密而后者結(jié)構(gòu)松散，為紫色非硫細(xì)菌不同物種在特殊環(huán)境下的適應(yīng)性提供理論基礎(chǔ)。首次在Rhodobacter中分離到LH3，并闡釋了Rba.azotoforma