藍藻NDH-PSI超分子復合體的鑒定和功能研究.pdf

1、光是光合作用的重要原料，為一切光合生物的生長提供能量。然而，當光超過植物能承受的范圍時，則會起反作用。近年來，自然環(huán)境的變化和人類活動的干擾，產生了高光、高溫、干旱等一系列脅迫，直接或間接地影響著植物的CO2同化作用，導致降低光合作用效率，甚至破壞光合器官。為了減緩環(huán)境脅迫對光合作用的影響，植物在進化過程中形成了許多重要的適應機制，例如，環(huán)式電子傳遞(CET)。這一機制能夠通過形成跨膜質子梯度(ΔpH)，產生額外 ATP，從而達到改善光

2、合作用的目的。
　　藍藻中，NADPH脫氫酶(NDH-1)介導的CET(NDH-CET)是一種抵抗高光等脅迫的重要機制。NDH-1復合體介導了一系列的能化反應，包括細胞呼吸、圍繞系統(tǒng)I(PSI)的CET和CO2吸收。盡管在藍藻全基因組中不存在與complex I催化活性中心3個亞基同源的基因，但是從結構上來看，藍藻NDH-1復合體類似于細菌和線粒體呼吸電子傳遞鏈的能量轉換器complex I。最近的研究結果表明, NdhS亞基的羧

3、基末端與PSI的亞基PsaE存在高度同源，并均包含一個蛋白質與蛋白質相互作用的SH3結構域。因此，人們推測NDH-1可能與PSI存在相互作用。盡管先前的研究結果支持NADPH是NDH-1的電子供體，但是這一蛋白相互作用為鐵氧化還原蛋白(Fd)給 NDH-1供電子提供了可能。然而到目前為止，人們還沒有在藍藻中鑒定到NDH-1與PSI間的相互作用。因此，F(xiàn)d是否是NDH-1復合體的另一個電子供體尚不清楚。
　　本論文通過藍綠溫和電泳(

4、BN-PAGE)等手段在集胞藻6803(Synechcoystis sp. strain PCC6803)中成功鑒定到分子量大于1,000 kDa的NDH-PSI超分子復合體，這一發(fā)現(xiàn)為Fd給藍藻NDH-1供電子提供了生化證據。主要的研究成果簡述如下：
　　(1)通過高光篩選策略，我們從集胞藻6803轉座子插入突變體庫中分離和鑒定到兩個高光生長緩慢的突變株。通過 PCR檢測等，我們發(fā)現(xiàn)兩個突變株均插入同一個基因fg1。葉綠素調制熒

5、光檢測等結果顯示，fg1的突變顯著地減弱了NDH-CET的活性。BN-PAGE和蛋白免疫印跡等分析指出，這一突變也影響了NDH-1復合體的穩(wěn)定性。因此，我們獲得了一個NDH-CET活性受損的突變體。
　　(2)通過BN-PAGE等方法分離野生型(WT)和Δfg1中的各種蛋白復合體，我們在WT中發(fā)現(xiàn)一條分子量大于1,000 kDa的綠帶(band I)，這一綠帶存在于WT中但缺失在Δfg1中。進一步研究表明，band I也缺失在M5

6、5和PSI-less突變株中。這些結果暗示著band I可能是由Fg1連接NDH-1和PSI形成的NDH-PSI超分子復合體。為了驗證這一假說，我們用蛋白免疫印跡和質譜等手段分析了band I的各種組分。結果表明，band I包含了NDH-1，F(xiàn)g1和PSI的所有組分，并且它們可能以1:2:8的化學計量存在于這一超分子復合體中。因此，我們認為：fg1的刪除瓦解了這一超分子復合體，從而導致?lián)p傷了NDH-CET活性。
　　(3)通過分

7、析一些 NDH-CET活性受影響的突變株(M55，ΔndhD1/ndhD2, M9，ΔndhS，ΔndhO和OX-ndhO)中band I的蛋白豐度，我們發(fā)現(xiàn)band I的蛋白豐度與NDH-CET活性成正相關。這一發(fā)現(xiàn)暗示著band I的形成可能與NDH-1復合體的活性相關。
　　綜上所述，我們首次在藍藻集胞藻6803中鑒定到一個分子量大于1,000 kDa的NDH-PSI超分子復合體，F(xiàn)g1是形成這一超分子復合體所必需的，并且它