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光合作用是非常重要的化学反应,因为它为地球上的需氧生物提供了生命存在所必需的氧气;同时,光合作用生成的碳水化合物也为生命体提供了能量来源。光合作用进行的场所包括原核光合细菌(如蓝细菌),真核光合细菌(如绿藻)和高等植物的叶绿体,其中放氧光合作用的光反应阶段的正常进行依赖于光系统Ⅱ(PSⅡ),细胞色素b6f,光系统Ⅰ(PSⅠ)和ATP合成酶四大复合物。光合作用过程中所需要的光能主要是靠捕光复合物来获得,在高等植物中,结合在两个光系统上的捕光复合物,分为外周捕光复合物和内周捕光复合物。光系统Ⅱ的外周捕光复合物包括主要捕光复合物LHCⅡ和次要捕光复合物CP29,CP26和CP24,而内周捕光复合物则包括CP47和CP43。 在光系统Ⅱ中,次要捕光复合物CP29位于主要捕光复合物LHCⅡ和PSⅡ核心复合物之间,它不仅仅维持了光合复合物C2S2M2的结构,而且在光能的吸收和传递中具有非常重要的作用。除此之外,当植物受到环境压力胁迫时,CP29的N端能够被磷酸化,磷酸化的CP29存在着从基粒(grana)向基质片层(stromalamellae)一侧的横向迁移,而这样的迁移会有效的提高光合作用的效率。正常植株中的次要捕光复合物CP29结合的类胡萝卜素分别为紫黄质(Vio),叶黄素(Lut)和新黄质(Neo)。由于植物光合作用所能转化的光能有限,当植物吸收过多光能时,为了避免植物受到光照损伤,植物体本身有着相应的保护机制,即非光化学淬灭。而其中强光导致的低pH会启动叶黄素循环,使得植物体内的Vio向玉米黄质(Zea)转变,而新形成的Zea能够与CP29结合,形成Zea-CP29复合物,该复合物能够耗散多余的能量,保护植物免受光损伤。 尽管CP29的结构已经被解析,但是在已报道的结构中缺失了N端87个氨基酸残基,因而缺乏完整的结构信息;此外,CP29的磷酸化位点在N端,使得我们致力于研究次要捕光复合物CP29的全长结构以及磷酸化CP29的结构。我们对玉米CP29的磷酸化位点进行了验证,同时,建立了成熟的纯化方案,一方面能够获得纯度高,均一性良好的全长CP29的样品;另一方面,经过高光寒冷压力胁迫,使得CP29的样品在体内被磷酸化,从玉米中获得全长的CP29和磷酸化CP29(Pi-CP29)的混合样品。Pi-CP29的进一步纯化,以及CP29的结晶工作正在进行中。除此之外,为了了解生物体内光合系统中能量的传递方式以及植物的光保护机制,我们利用突变株模拟植株自我保护时所产生的状态,以此来形成Zea-CP29的复合物,利用该突变株的优势来研究Zea-CP29的作用机制。参考了玉米中纯化CP29的方案,我们建立了从拟南芥突变株中提取Zea-CP29的成熟方案,色素分析证实提取的CP29样品结合Zea,目前我们筛选到了可能的出晶条件,正在进行优化和改善。