Untitled - 中国植物生理与分子生物学学会

蓝 藻 和 红 藻 光 合 作 用 捕 光 复 合 物 和 光 合 膜 的 超 分 子 结 构 、 功
能 及 生 态 适 应 性
张 玉 忠 1 周 百 成 1,2
(1 山 东 大 学 微 生 物 技 术 国 家 重 点 实 验 室 , 山 东 大 学 海 洋 生 物 技 术 研 究 中 心 , 济 南 ,250100;
2 中 国 科 学 院 海 洋 研 究 所 , 青 岛 ,266071)
具 有 两 个 光 系 统 的 放 氧 型 光 合 生 物 经 历 了 30 余 亿 年 的 进 化 , 约 在 4 亿 年 前 由 海 洋 登 上 陆
地 , 形 成 红 蓝 植 物 、 杂 色 植 物 ( 或 称 褐 色 植 物 ) 和 绿 色 植 物 三 大 类 群 。 绿 色 植 物 现 已 成 为 陆 生 植
物 的 主 体 , 红 蓝 植 物 、 杂 色 植 物 和 部 分 绿 藻 仍 主 要 生 活 在 海 洋 中 。
在 放 氧 型 光 合 生 物 的 类 囊 体 膜 上 , 包 括 4 种 复 合 物 , 分 别 是 光 系 统 I(PSI)、 光 系 统 II(PSII)、
细 胞 色 素 b6/f 复 合 体 (Cyt b6/f complex) 和 F-ATPase 复 合 物 。 以 蓝 藻 和 红 藻 为 主 的 红 蓝 植 物 ,
类 囊 体 上 除 了 上 述 4 种 复 合 物 外 , 在 类 囊 体 膜 的 表 面 , 还 存 在 一 类 特 殊 的 光 合 作 用 捕 光 色 素
蛋 白 复 合 物 , 称 为 藻 胆 体 (Phycobilisomes, PBS)。 它 们 负 责 捕 获 光 能 并 将 激 发 能 主 要 传 递 给
光 系 统 II 的 反 应 中 心 。 尽 管 每 个 藻 胆 体 通 常 含 有 数 百 个 蛋 白 分 子 , 总 分 子 量 达 3~7M Dalton
之 巨 , 但 却 仍 然 保 持 着 95% 以 上 的 能 量 传 递 效 率 。 这 样 的 高 效 率 是 目 前 任 何 人 工 模 拟 装 置 都
无 法 企 及 的 。
在 蓝 藻 和 红 藻 的 类 囊 体 膜 上 的 5 种 复 合 物 ( 藻 胆 体 (Phycobilisomes PBS)、 光 系 统 ((PSI)、
光 系 统 II(PSII)、 细 胞 色 素 b6/f 复 合 体 (Cyt b6/f complex) 和 F-ATPase 复 合 物 ), 不 仅 要 通 过 亚
基 的 自 组 装 (self-assembly) 成 为 具 有 活 性 构 象 的 超 分 子 组 装 体 (supramolecular assemblies), 即 蛋
白 质 复 合 物 ( 体 )(complex) 或 藻 胆 体 和 藻 胆 体 -RC 那 样 的 超 级 复 合 物 (supercomplex), 更 要 在 类
囊 体 膜 上 形 成 有 序 结 构 (organized system)。 功 能 的 载 体 就 是 这 种 复 杂 的 架 构 (architecture), 但
是 至 今 最 不 清 楚 的 恰 好 是 这 一 层 次 的 结 构 。
近 年 来 , 我 们 在 蓝 藻 和 红 藻 藻 胆 蛋 白 制 备 型 的 分 离 纯 化 ; 藻 胆 蛋 白 的 活 性 构 象 、 色 基 与
脱 辅 基 蛋 白 的 相 互 作 用 ; 藻 胆 蛋 白 分 子 与 分 子 之 间 、 亚 基 与 亚 基 之 间 的 相 互 作 用 ; 藻 胆 体 中
连 接 蛋 白 的 结 构 、 功 能 以 及 藻 胆 蛋 白 与 连 接 蛋 白 的 相 互 作 用 与 共 进 化 ; 天 然 状 态 下 , 红 藻 半
椭 球 状 藻 胆 体 的 三 维 结 构 、 红 藻 藻 胆 体 在 类 囊 体 膜 上 的 排 列 方 式 、 藻 胆 体 - 类 囊 体 膜 超 分 子 结
构 的 光 强 适 应 性 以 及 藻 胆 体 在 类 囊 体 膜 上 的 动 态 过 程 ; 藻 胆 体 自 身 对 过 量 光 能 的 耗 散 机 制 等
方 面 , 开 展 了 系 统 的 研 究 , 取 得 了 系 列 新 的 研 究 进 展 。
关 键 词 : 蓝 藻 ; 红 藻 ; 光 合 作 用 捕 光 复 合 物 ; 光 合 膜 的 超 分 子 结 构 与 功 能 ; 生 态 适 应 性
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