菠菜叶绿体蛋白质的提取与分离_图文_百度文库
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菠菜叶绿体蛋白质的提取与分离
&&以菠菜叶片为材料运用亚细胞分离技术�蔗糖密度梯度离心分级分离得到完整叶绿体, 再利用多种不同裂解液分步顺序处理叶绿体以得到叶绿体基质蛋白和膜蛋白。经Brandford 法测定, 其蛋白含量相对较高。最后用SDS- 聚丙烯酰胺凝胶电泳( SDS- PAGE) 分离上述蛋白。
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你可能喜欢西北植物学报,):0194-0；叶绿体蛋白质组研究进展；彭浩,林文芳,朱学艺；(厦门大学生命科学学院,福建厦门361005)；摘要:亚细胞蛋白质组学是近年来蛋白组学研究中的一；了样品的复杂性,增大了相应蛋白质组分的富集,有利；ResearchProgressinChloro；PENGHao,LINWen2fang,ZHUX；(Schoolo
西北植物学报 ,) :0194 - 0203 Act a B ot . B o r e a l. 2Occi de nt . Si n.
文章编号 : (4210
叶绿体蛋白质组研究进展
浩 ,林文芳 ,朱学艺
( 厦门大学 生命科学学院 ,福建厦门 361005)
要 :亚细胞蛋白质组学是近年来蛋白组学研究中的一个热点 。通过细胞器的纯化和亚细胞组分的分离 ,降低 了样品的复杂性 ,增大了相应蛋白质组分的富集 ,有利于由此分离获得的蛋白质的序列分析及功能鉴定 。叶绿体
蛋白质组为植物亚细胞蛋白质组学研究中相对全面的一部分 ,利用亚细胞分离结合双向电泳技术系统地鉴定叶绿
体中蛋白质组分是获取叶绿体蛋白质信息 、确定其功能的重要技术手段 。本文就近年来植物叶绿体蛋白质组涵盖 的叶绿体内 、外被膜 、叶绿体基质 、类囊体膜和类囊体腔蛋白的研究进行综述 ,以全面认识叶绿体蛋白的组成 、特点 及其在叶绿体生理生化代谢网络中的作用 。 关键词 :叶绿体 ;类囊体 ;亚细胞蛋白质组 ;双向电泳 ;质谱 中图分类号 : Q75
文献标识码 : A
Research Progress in Chl oropla st Proteome P EN G Hao ,L IN We n2f a ng , Z H U Xue2yi
( School of Lif e Sciences , Xia men U niver sit y , Xia men , Fujia n 361005 ,Chi na) 3
Abstract :Subcell ula r p ro t eo mic s i s cur re nt l y t he mo st
eff ective app roach to cha ract e rize
subcell ula r co m2 p a rt me nt s . Ba sed o n t he po werf ul co mbi natio n of subcell ula r f ractio natio n wit h p ro t eo mic a nal ysi s ,it ma ke s po ssi ble to c ha ract e rize all c hlo rop la st p ro t ei n s co mp let el y. Chlo rop la st p ro t eo me i s o ne of t he mo st i nt e n2 sive a sp ect s of t he p la nt subcell ula r p ro t eo mic s re sea rch . B y u si ng subcell ula r p ro t eo me t ec h nique ,mo re a nd mo re cholop la stic p ro t ei n s have bee n i de ntifie d. The p re se nt review summa rize s t he rece nt p ro gre ss i n p ro2 t ei n s locat ed i n t he diff e re nt c hlo rop la stic co mp a r t me nt s ,i ncl udi ng t he i nne r a nd o ut er e nvelop me mbra ne s , chlo rop la st st ro ma , t hyla koi d me mbra ne s a nd t hyla koi d l u me n . We
co nt ri but e s to
u nde r st a nd t he cha ract e r s of c hlo rop la stic p ro t ei n s a nd t hei r f unctio n s i n t he c hlo rop la stic met a boli sm net wo r k s. Key words : subcell t wo2di me n sio n elect rop ho re si s
( 22D E) ; ma ss sp ec2 t ro met r y ( t wo2di me n sio nal gel elec2
近年来 ,以双向电泳
2D E) 为基本技术的蛋白质组学研究已 t rop ho re si s ,2进一步深入到亚细胞水平 ,即研究一个细胞器内表
组学研究中的一个焦点。目前 ,以模式植物拟南芥 构建的蛋白数据库包含了线粒体、内质网、细胞壁 、 质膜等细胞器的亚蛋白质组信息 。作为植物光合作 用的主要细胞器 ,叶绿体亚蛋白质组的研究更受关 注 ,通过 p e rcoll 梯度分离纯化完整叶绿体 , 结合多 级分离制样技术分离叶绿体的不同组分 ,经过 22D E 达的蛋白质组。结合采用亚细胞分离和多级提取制 样技术 ,在电泳图谱中获得针对一定细胞和亚细胞 ( subp ro t eo me) 已成为蛋白质 定位的“亚蛋白质组”
收稿日期 :
; 修改稿收到日期 : 基金项目 : 国家自然科学基金( ) ;厦门大学新世纪优秀人才支持计划项目( N CE TXMU ) 作者简介 : 彭
浩( 1982 - ) ,女( 汉族) ,硕士 ,主要从事植物蛋白质组学方面的研究。 3 通讯作者 :朱学艺 ,博士 ,副教授 ,硕士生导师 ,主要从事植物响应环境因子的功能蛋白质组学研究。E2mail : zhuxueyi90 @x mu . edu . cn
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ki.net 1 期
浩 ,等 :叶绿体蛋白质组研究进展
电泳获得单个蛋白点 ,酶解后进行质谱分析 ,获取蛋 低丰度蛋白检测困难 ,这仍是目前叶绿体亚蛋白质 白相关信息[ 1 ]
。 叶绿体是植物通过光合作用还原组研究中的主要障碍之一。 1 . 1
叶绿体内 、外被膜蛋白 和同化二氧化 叶绿体被膜为蛋白质、离子、信号分子及代谢物 碳、形成碳水化合物的场所 ,同时也是植物氨基酸 、 ,它为这些物质的出入提 脂肪酸和萜类化合物合成以及亚硝酸盐和硫酸盐还 出入叶绿体的必经之场所 [ 2 ]
。由于叶绿体的半 原的场所。就高等植物而言 ,叶绿体蛋白质数目 供了一个完备而复杂的网络系统
、胞质合成后 占其蛋白总数的 10 %～25 %[ 3 ]
,充分说明了叶绿体 自主性 ,其大部分蛋白是由核基因编码[ 2 ,9 ,10 ]
被转运到叶绿体中的,所以 ,叶绿体被膜运输 在植物细胞中的重要性。参与叶绿体中特殊生化合 系统发挥着至关重要的作用。叶绿体被膜上参与运 成和代谢过程的蛋白质大都高度区隔化定位 ,构成 输核编码蛋白的运输复合体 ―――Toc/ Tic 复合物形 [ 2 ]
每一区域各自特异的亚蛋白质组。根据结构组成 成的蛋白通道输入装置由叶绿体外被膜转运蛋白
和生化特性 , 可将叶绿体分为 6 个区域 , 即内被膜 ( t ra n slocato r of o ut er e nvelop e me mbra ne of chlo2
[ 9 ] Toc75 、Toc34和叶绿体内 (i n ner
e nvelop e
me mbra ne , IEM ) 、外 被 膜 ( o ut e r rop la st s , Toc) Toc159 、( t ra n slocato r of i nner e nvelop e me m2 被膜转运蛋白 ( t hyla koi d e nvelop e me mbra ne , O EM ) 和类囊体膜 [ 11 ]
c hlo rop la st s , Tic) Tic110 等蛋白组成。 me mbra ne) ,以及由上述膜结构将叶绿体区隔化形 其中 , Toc34 和 Toc159 锚定在外被膜上并专一性地 ( i nt e r2me mbra ne 与 GT P 结合 成的 3 个 亚区室 , 即 : 被 膜 间 区 ,使得 GT P 结合结构域暴露在细胞质 ( st ro ma ) 和类囊体腔 ( t hyla2 中 sp ace , IM S) 、基质区 ; Toc75 形成一蛋白输入通道 ,在输入介导联系蛋 [ 3 ,4 ]
作 用 下 , 将 蛋 白 质 转 入 叶 绿 体 koi d l ume n) 。为了全面了解植物叶绿体的生物 白 H sp 70 的协同 [ 9 ,12 ]
[ 13 ] ( Pis u m 。Davila2Apo nt e 等通过分析豌豆 发生、结构功能及其对不同环境的光合响应调节机 中制 ,明确叶绿体不同膜区和膜间隔微区定位的亚蛋 白质组信息 ,以进一步揭示它们在叶绿体代谢网络 中的作用 。 ( e xp re ssi ng seque nce t a gs , s at i v u m ) 表达序列标签 ES Ts) 数据库后 ,发现了豌豆叶绿体蛋白转运组分 1
叶绿体蛋白
的同源物 ―――转运蛋白 Tic110 和 Toc75 ,并指出这 2 个转运蛋白在单、双子叶植物及不同类型的质体 中均存在 。Fer ro 等[ 14 ] 从拟南芥中鉴定出了与豌豆 同源性很高的多种 Toc 和 Tic 蛋白类似物 ,还发现 了参与叶绿体蛋白输入中可能作为细胞辅助因子停 靠蛋白成分的 Toc64 , 以及内被膜上的 Tic55 , 后 者有预测的铁硫簇 ,并显示为 Tic复合物中心的一 部分。 虽然大部分叶绿体定位蛋白质的转运机制都与 Toc/ Tic 转运蛋白复合物有关 ,但对豌豆叶绿体内 (i n ner e nvelop e p ro t ei n , 膜上的 32 k u 内被膜蛋白 I EP) I EP32 的叶绿体定位输入途径的研究发现 , 由于叶绿体的重要功能及其在植物细胞中半自 主性的特殊地位 ,叶绿体相关蛋白的研究较植物其 它亚细胞组分蛋白质组的研究要相对全面 ,但要系 统认识植物叶绿体蛋白质的组成及其在不同代谢网 络中的作用还需进一步研究。A bdalla h 等[ 5 ] 利用 生物信息学方法 ,预测拟南芥叶绿体蛋白质组包含 ( 其中 87 个是由叶绿体 1 900～2 500 个蛋白 DN A 编码的 , 其余则由核编码并运输到叶绿体中) , 而 [ 6 ] L ei st er 则认为 ,成熟的叶绿体大约含有 3 000 个 蛋白。随着拟南芥基因组测序工作的完成 ,以是否 具有转运肽序列为特征 , 利用 Ta r get P 或 Chlo ro P 软件对叶绿体蛋白质组预测结果有 3 600 多个蛋白
定位于叶绿体中。由于转运肽序列的非高度保守 性 ,使利用该特征序列对蛋白亚细胞定位的预测可 能会出现一定的偏差 ,目前的研究报道大多远不及 预测数目 ,一般仅几百个蛋白 ,这其中还包括功能有 [ 8 ] 待进一步鉴定的大量未知蛋白 , 如 Ta na ka 等在 水稻亚细胞蛋白质组学的研究中得到了 252 个叶绿 体蛋白质 ,并鉴定了其中 89 个参与叶绿体光合作用 和 A T P 合成的蛋白质 。但由于植物叶绿体中含量 较高的蛋白 , 如 : Ru bi sco 等成分的存在 , 致使其中
I EP32 的输入既不受 Toc34 和 Toc159 的水解去除 影响 ,也没有因为 Toc75 输入通道阻断剂或精胺的 作用而受到抑制 ,但 I EP32 需要转运蛋白 Tic22 的 协助 ,且通过一个尚未明确的途径直接从膜间隙插 入到内膜中 ,说明 I EP32 的识别和定位不是由叶绿 体外被膜转运蛋白 Toc159 、Toc75 、Toc34 组成的亚 [ 11 ]
单位完成的。此外 ,对缺失 Toc64 蛋白突变体的 ( P h y scom i2 研究表明 , Toc64 蛋白并不为小立碗藓 t rel l a p ate ns )
叶绿体蛋白输入所必需。由此可 以看出 ,叶绿体蛋白质输入机理的细节仍不十分清 [ 15 ]
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楚 ,而且 Toc/ Tic 本身仍有许多参与该输入过程的 被膜蛋白组分还有待进一步研究鉴定。 参与离子及细胞代谢物的转运是被膜蛋白的另 一主要功能[ 2 ]
。Fer ro 等[ 12 ] 利用蛋白质组学结合生 ( S p i n aci a ol e r a2 物信息技术分别鉴定出 54 个菠菜 ce a)
叶绿体被膜蛋白和 112 个拟南芥叶绿体被膜 蛋白 ,其中 89 种为已知或推定存在的蛋白 ,包括代 ( 18 ∶2 ) , 后者引入第三个双键形成亚麻酸[ 14 ]
。 酸 涉及该过程的被膜电子传递成分有 : 苯醌氧化还原 酶、推测的黄素氧化还原酶及参与质体合成脂肪酸 并定位于外被膜上向外输出用于内质网磷脂合成的 乙酰辅酶 A 合成酶的类似物也都得到了鉴定。 此外 ,参与叶绿体异戊二烯醌类生物合成的 2 个关 键酶 :依赖 S2腺苷蛋氨酸2L2蛋氨酸的甲基转移酶和 异戊二烯基转移酶的候选蛋白 I EP37 和 H P43 、在 叶绿素前体物质合成中发挥着重要作用的原叶绿素 [ 14 ,24 ]
谢物运输蛋白、离子通道 、离子泵 、通透蛋白、孔蛋白 等[ 14 ]
。一些具有多个α螺旋跨膜结构域 、预测执行 运输功能的转运蛋白及一些底物专一的代谢物转运 酸酯氧化还原酶 、叶黄素循环途径中的关键酶 ―――
蛋白也先后被鉴定 ,如 : 促使无机磷交换的 P EP2无 β2胡萝卜素羟基化酶等定位在被膜上的关键蛋白酶
机磷转运蛋白[ 12 ]
、有 10 个跨膜螺旋且与 C4 2羧酸盐 类的分布及功能也已确证[ 12 ]
运输蛋白有部分同源性的蛋白、具有调节光合作 叶绿体被膜 ,特别是内被膜作为活性氧自由基 用的跨膜转运被膜蛋白 ―――磷酸/ 丙糖磷酸转运蛋 ( RO S) 存在的主要场所 ,还与叶绿体基质中主要的 白[ 16 ]
、具有多个α螺旋跨膜区 ,为控制碳 、氮代谢所 抗氧化体系 ―――抗坏血酸2谷胱甘肽循环有着密切 [ 17 ]
必需的被膜磷酸2丙糖二羧酸转运蛋白、协助叶 的联系[ 20 ]
。目前 ,已从拟南芥被膜提取物中鉴定出 绿体中无机磷净输入的 H / Pi 转运蛋白糖 6 磷酸2无机磷转运蛋白+ [ 14 ] + [ 14 ]
, 葡萄 参与抗氧化胁迫的酶 ,如 :磷脂氢过氧化物谷胱甘肽 以及 22酮戊二酸/ 苹 过氧化物酶 、抗坏血酸过氧化物酶和超氧化物歧化 楚磷脂氢过氧化物谷胱甘肽过氧化物酶是可溶性的 还是膜定位的蛋白 ,但它们都必须在膜附近才能发 挥活性作用[ 19 ]对河西走廊不同生态型芦苇完整叶 绿体亚蛋白组的 22D E 的对比分析中发现 , 沙丘芦 苇中参与叶绿体抗氧化酶系统的蛋白组分明显高于 果酸转运蛋白家族、Na / 牛磺胆酸转运蛋白家族 、 酶等 ,其中已知后 2 种为可溶性酶蛋白 ,尽管尚不清 木酮糖252磷酸2磷酸盐转运器 、谷氨酸2苹果酸转运 器、腺苷酸转运器等[ 12 ,14 ,18 ,19 ]
,这些转运蛋白的鉴定 为全面揭示叶绿体内 、外物质交换的特点和转运机 制奠定了基础。 叶绿体被膜 ,尤其是内被膜是叶绿体膜组成中 (半乳糖脂) 、( 甘油酸脂、特殊脂类 极性脂 酰基脂) 、 水生芦苇 ,这与对叶绿体抗氧化系统蛋白酶活性分 [ 25 ]
(叶绿素和类胡萝卜素) 和异戊二烯醌类 (质醌 。此外 ,叶绿体内被膜还与叶绿体基 色素 、 析结果一致( Chl am y do2 α2生育酚) 的生物合成及代谢的主要场所[ 20 ,21 ]
。在 因组 DNA 的复制和转录相关 , 从绿藻 monas rei nhar di i) 中分离出的含有酰基脂类的低密 叶绿体被膜极性脂合成中 ,最早被确认的是内被膜 附近催化溶血磷脂酸生物合成的甘油232磷酸酰基 转移酶和定位在内膜上催化叶绿体甘油酯前 体 ―――磷脂酸合成的溶血磷脂酸酰基转移酶[ 23 ]
,随 后参与叶绿体其它脂类合成的酶 ,如磷脂酰甘油合 成酶、磷脂酰甘油磷酸合成酶等也都相继从菠菜和
拟南芥叶绿体被膜中得到鉴定 , 2002 ～ 2003 年 , 从菠菜叶绿体中又鉴定出了催化叶绿 体单半乳糖二酰甘油合成中的关键酶 ―――单半乳糖 二酰甘油合成酶 ,从而使深入研究这些蛋白酶类在 叶绿体特有膜脂组分的合成 、组装中的调控机制成 为可能。 Fer ro 等[ 10 ,13 ] [ 22 ]
度叶绿体膜组分中 ,富集有大量与叶绿体 m RN A 相 结合的蛋白质 ,说明这些膜组分是叶绿体基因表达 的场所[ 26 ]
。 随着叶绿体被膜蛋白质组成分的不断鉴定和功
能确证 ,不仅呈现出被膜上复杂运输网络中的组成 分子 ,而且还提供了参与叶绿体中有关脂质和色素 代谢等重要生化反应的关键蛋白 。综合叶绿体膜蛋 白的研究结果共鉴定了 429 个蛋白 ,其中 28 %功能 尚未知或不明确 ,13 %涉及蛋白转移、降解或折叠 , 10 %参与激素或脂肪酸代谢 ,9 %参与离子或小的有 机分子的代谢 ,还有相当数量的蛋白参与 DN A 或 RN A 的相互作用或蛋白定位[ 27 ]
。目前 , 通过蛋白 膜脂脂肪酸反式双键的形成是降低膜脂溶点 、 质组学技术尚未能确证叶绿体被膜上的所有蛋白成 提高膜脂流动性的关键 ,这些双键的形成由不同的 分 ( i n s i l i co) 技术已 ,但结合生化方法及计算机模拟 去饱和酶催化[ 2 ]
。拟南芥被膜中鉴定的 2 个脂肪酸 从不同植物中逐渐建立起了叶绿体被膜蛋白质组主 ω3 位 要分子成员及其相关功能的关键信息。然而 去饱和酶 FD6C 、FD3 C ,分别在脂肪酸的ω6 、,构建 置处插入双键 ,前者催化单不饱和脂肪酸形成亚油
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ki.net 1 期
浩 ,等 :叶绿体蛋白质组研究进展
一个近乎完整的叶绿体被膜蛋白质组信息库仍需进 一步研究证据的支持 ,并不断整合多种植物材料的 综合研究结果。 1 . 2
叶绿体基质蛋白 叶绿体基质是光合碳同化和叶绿体内多种物质 合成代谢的关键场所 ,而且参与叶绿体基因组转录 和翻译的蛋白成分大多也分布在其中[ 2 ]
。Peltie r 等[ 28 ] 从拟南芥完整叶绿体中进一步分离出基质蛋 ( colo rle ss native 白组分 ,结合一向无色不变性电泳 PA GE ,CN2PA GE) 和二向 SD S2PA GE 分析共鉴定 与被膜蛋白质组研究相比 ,基质蛋白的研究相 对滞后 ,其主要原有二 ,一是基质蛋白的分离纯化相 对困难 ;二是基质中高丰度蛋白 ,如 Rubi sco 的存在 对低丰度蛋白研究的干扰[ 35 ]
, 所以 , 通过亲合纯化 或其他分离技术去除这些高丰度蛋白或蛋白复合 物 ,同时结合多级分离技术进一步纯化基质组分无 疑将是全面分析基质蛋白质组的关键所在 。此外 , 结合叶绿体不同发育过程、环境变化和叶绿体突变 体基质蛋白质的分析 ,有望揭示基质中不同生化途 径之间的相互联系 ,从而有利于进一步洞悉叶绿体
的详尽功能 。 出 241 个基质蛋白 ,包括 39 个未知蛋白 、30 个蛋白
(cal vi ne 循环、参与碳代谢 磷酸戊糖氧化途径、糖酵 解等代谢) 的蛋白。其中 ,参与基质中蛋白质靶向定 位、折叠、分选和蛋白降解功能的蛋白最多 ,共有 34 个 ,占鉴定蛋白总数的 14 % ; 参与叶绿体蛋白质合 成的蛋白共 29 个 ,占总数的 12 % ;有 21 %的蛋白参 ( 包括 与叶绿体基质中的次生代谢过程 7 %的蛋白 2
类囊体蛋白
参与氨基酸代谢 ,4 %的蛋白参与核酸合成和降解 , 近 6 %的蛋白参与四吡咯合成 ,4 %的蛋白参与维生 素 B1 、B2 、异戊二烯以及脂/ 脂肪酸的合成) 。为了 确保不同蛋白质与其代谢途径之间最佳的催化配 比 ,及时清除细胞内一些具有潜在毒性的不可逆损 伤或错误折叠的蛋白 ,或通过对转录和翻译因子的 蛋白水解作用而控制基因表达 ,这些作用是由叶绿 体基质中以蛋白复合物形式存在的蛋白质分解系统 完成的 ,如 : 从拟南芥叶绿体基质中鉴定出的具有 11 个不同蛋白组成的 325～350 k u 的 Clp 蛋白酶复 类囊体是叶绿体的关键组成部分 ,光反应及大 部分与光合作用有关的蛋白和蛋白复合物都定位于 类囊体膜及类囊体腔中[ 2 ]
。近年来 ,通过对类囊体 蛋白质组的研究已鉴定了 384 种蛋白[ 27 ]
,其中涉及 光合电子传递、A T P 合成和光呼吸的蛋白比例最 大 ,占总数的 30 % ;没有明确功能者占 25 % ;18 %参 与蛋白折叠 、加工和水解 ; 8 %直接或间接参与抗氧 化防御。 2 . 1
类囊体膜蛋白 类囊体膜又称光合膜 ,光合作用的 4 个多亚基 蛋白复合体 ―――光系统 Ⅰ( PS Ⅰ) 、光系统 Ⅱ( PS Ⅱ) 、A T P 合成酶 ( A T Pa se) 以及细胞色素 b6 f 复合 体( Cyt b6f )
都定位在类囊体膜上 ,它们在类囊体膜 上 的 区 隔 分 布 使 得 类 囊 体 膜 呈 现 出 横 向 异 质 性[ 2 ,36 ]
。4 个蛋白复合体共有 100 多个蛋白组成 , 其中 65 个蛋白有 1 个或多个跨膜区 ,这些蛋白和许 多其它辅助因子共同完成光合电子传递和光合磷酸 化的过程[ 2 ,36 ,37 ]
。高等植物 PS Ⅱ中心复合物是包 [ 38 ]
含有 30 多个组分的超复合物膜蛋白, 其中包括 α、 疏 水 性 亚 基 D1 、D2 、C P43 、C P47 、Cyt b559β、Cyt b559Psb H2P sbN 以及 22 k u 蛋白和分子量分
合物[ 29 ]
, 200 ～ 240
k u 的 AD P2葡 萄 糖 焦 磷 酸 化 酶[ 30 ]
、基质信号识别颗粒等[ 31 ]
。从豌豆幼苗叶绿体 基质中分离纯化的 29
k u 的蛋白磷酸酶可使磷酸 ) 的 N 端去磷 肽 ,如类囊体捕光复合物 Ⅱ( L H C2 Ⅱ酸化 ,但对基质中 64 k u 的主要蛋白则无去磷酸化 作用 ,这种酶不能区分多肽合成底物中磷酸苏氨酸
和磷酸丝氨酸的去磷酸化 ,这和定位在类囊体膜上 的蛋白磷酸酶截然不同。这种酶确切的生理功能尚 不完全清楚 , 但已基本明确它在 L H C2 Ⅱ的去磷酸 化中发挥作用[ 32 ]
别为 10 、17 、23 、33
个 亲 水 性 亚 基[ 39 ]
。 [ 40 ] Ka shi no 等对蓝藻 PS Ⅱ蛋白组成中的 31 个蛋白 分析 ,不仅确证了 PS Ⅱ中功能已知的上述蛋白组 分 ,还发现了水解酶 Ft s H 的 2 个同工蛋白和 5 个 新的 未 知 蛋 白 成 分 S111252 、S111390 、S111638 、 S111414 和 S111130 蛋白 。现已证实 Ft s H 具有降 。此外 , 利用 22D E 结合质谱和 Edma n 测序等技术还鉴定出了菠菜叶绿体基质核 糖体 30 S 和 50 S 亚基蛋白 ,发现菠菜的质体核糖体 是由 59 个蛋白质组成的 ,其中 53 个与大肠杆菌同 ( PSR P21 到 源 ,而 6 个是质体特异的非核糖体蛋白 PSR P26) ,这些 PSR P 蛋白质可能参与质体编码蛋 白的翻译和调控过程 ,包括蛋白质通过质体 50 S 亚 基在类囊体膜上的定位和转移等 [ 33 ,34 ]
解快速周转的 D1 蛋白的功能 , 是植物抵抗光抑制 过程中 PS Ⅱ复合物修复的关键成分之一。 [ 42 ] Shi 和 Schro der 等对菠菜类囊体膜 PS Ⅱ蛋 白组分中低分子量疏水蛋白 Psb W 的研究发现 : 与 [ 41 ]
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叶绿素 a 蛋白 C P47 和 CP43 不同 , Psb W 存在于所 有 PS Ⅱ反应中心的提取物中 ,但通过对反应中心蛋 白数目的分析发现 : P sb W 在 PS Ⅱ反应中心的提取 物中所占比例小于 BB Y 颗粒提取物 ,说明 Psb W 蛋 白定位在 D1/ D2 异质二聚体附近 ,但它至少可以部 分地从 PS Ⅱ反应中心解离。进一步研 究发现 , Psb W包含 1 个跨膜区 , 其 C 端暴露于叶绿体基质 侧 ,N 端朝向类囊体腔 ,在 PS Ⅱ二聚体复合物的稳 定中发挥作用[ 38 ]
。 上的蛋白复合体 ,由 9 个不同的亚基和一些辅助因 子组成 ,主要包括 Cytf 、Cyt b6 、细胞核基因编码的 (铁硫) 蛋白 ( Rf e S) 、Rie ske 氏 结合在 Qp 位点的 IV 亚基以及一些功能未知的小分子量蛋白[ 48 ]
, 稳态 Cyt b6 f 复合物的形成是多亚基聚集组装的结果 。 脉冲标记研究显示 ,在缺少组装伴侣 Cyt b6
或亚基 IV 的突变体中 , Cytf 的合成速率仅为野生型中的 10 % ,但在 C2端锚定蛋白缺失的突变株中 , 其合成 速率则显著增加 ,说明未组装的 Cytf 的 C2端结构域 [ 49 ]
就 PS Ⅰ蛋白复合物而言 ,植物和部分藻类类囊 通过负反馈机制调控其自身的翻译。相对于其
合成酶的多肽亚 体膜都含有 8 个核编码的亚基 : PsaD 、Psa E 、Psa F 、 它 3 个类囊体膜蛋白复合物 ,A T P
Psa G、Psa H 、Psa K、PsaL 、Psa N 和 6 个叶绿体编码 基组分研究最为充分 ,主要包括膜内质子流动通道 的亚基 : PsaA 、PsaB 、Psa C , P sa I 、PsaJ 、P sa M , 其中 PsaA 、B 、G、I 、J 、M 、K、L 为疏水性亚基 ,其余为亲水 C F0
柄和膜外基质的亲水头部 C F1 两大部分 , 其 中 ,已明确 C F1
由 5 个不同亚基 (α、β、γ、δ和ε) 组 ;而 CF0
至少 有 4 个 亚基 ( Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和 Ⅳ) 组 性亚基[ 2 ]
。随着对类囊体膜 PS Ⅰ复合物特性研究 成 的深入 ,发现对 PS Ⅰ组装及稳定发挥重要作用的 3 成[ 2 ]
。对不同生态型芦苇叶绿体蛋白质组的对比分 个类囊体蛋白 , 即 : Btp A 、Ycf 3 和 Ycf 4 , 其中 , Ycf 4 析发现 ,其 A T P 酶亚基组分 ,尤其是β亚基 ,在沙生 蛋白通过假定的跨膜结构域与类囊体膜紧密相连 ; Ycf 3 为 PS Ⅰ组装中的关键组分 ,是形成稳态 PS Ⅰ 芦苇中显著增加 , 这与沙生芦苇类囊体膜 A T P 酶 的活性明显高于水生芦苇结果相符[ 25 ]
。 复合物所必需的蛋白 ,但它对 PS Ⅰ形成后的稳定没 有作用 ,该蛋白的氨基酸序列 ,尤其是 N2端序列 ,从 蓝藻到高等植物都十分保守[ 43 ]而外在类囊体膜蛋 白 Btp A 则是低温条件下稳定 PS Ⅰ反应中心蛋白 p sbA 和 p sbB 蛋白组分所必需的一个调节因子 , bt 2 p A 缺失的集胞藻 PCC6803 突变株在低温条件下无 除了上述 4 大蛋白复合物外 , P S Ⅰ和 PS Ⅱ的捕 ( li ght2ha r ve sti ng co mp le x p ro t ei n s , 光蛋白复合物 L H C P) L H C
Ⅰ和 L H C Ⅱ也嵌合在类囊体膜上。 [ 2 ]
对拟南芥 L H C Ⅱ复合物的主要蛋白组分 L hcb1 、 L hc b2 、L hc b3 的研究明确了 L H C Ⅱ是由 3 个高度 法进行光合自养并呈现出 PS Ⅰ复合物的快速降 (Bl ue2N2 解[ 44 ]
。通过免疫杂交 、非变性蓝绿胶电泳 ative PA GE) 、双向电泳和电子顺磁共振分析 ,证实 在纯化的集胞蓝藻 PCC6803 质膜中含有与 P S Ⅰ或 同源的基因 L hcb1 、L hcb2 和 L hcb3 编码产物组成 的均质或异质三聚体[ 50 ]
。Hipp le r 等[ 51 ] 通过双向 ( C h l a m y d om on as rei n h a r d i i ) 类囊 电泳对莱茵衣藻 体膜蛋白的分析中检测到 30 多个蛋白点 ,其中至少 有 13 个点与 L H C Ⅱ蛋白组分对应 ,有 18 个蛋白点 PS Ⅱ反应中心密切相关的蛋白 , 如 PsaA 、PsaB 、 为 L H C Ⅰ蛋白组分 。鉴于拟南芥中编码 L H C Ⅱ蛋 α、β、Ps2 Psa C 、PsaD 以及 D1 、D2 、cyt b559cyt b559白组分的 5 个 L hcb1 、4 个 L hcb2 和 1 个 L hcb3 基因 bO 和 Ctp A 。其中 , P S Ⅱ组分中的亲水性蛋白 Ctp A 在 P 复合物的组装中发挥着关键作用[ 47 ]
S Ⅱ缺失 Ctp A 功能的突变体由于不能组装成含 4 个锰 的复合物 ,导致锰簇蛋白无法与 PS Ⅱ反应中心复合 物组装成完整的有功能的 PS Ⅱ,最终使光合放氧过 程无法正常进行[ 46 ,47 ]
[ 45 ,46 ]
以及编码 L H C Ⅰ蛋白组分仅有的 6 个基因已经明
确 ,由此认为 ,莱茵衣藻中明显增加的 L H C P 蛋白 点数目除了编码这些蛋白的基因数目较多外 ,还存 在蛋白翻译后的修饰 ,这一结论与 L H C P 蛋白组分 的特异抗体杂交结果一致[ 51 ]
。而且 ,在 L H CP 复合 物中各蛋白组分是否表达以及表达量的多少与其相 应蛋白复合物在不同环境和组织中所具有的不同功 能直接相关,暗示它们可能参与植物的逆境光合 响应调节 。对不同生态型芦苇类囊体膜色素蛋白复 合体的对比研究表明 ,与水生芦苇相比 ,适应干旱生 境的沙丘芦苇类囊体膜中 L H C P 蛋白含量明显降 低 ,但其基因的稳态转录水平却高于水生芦苇 ,说明 沙丘芦苇类囊体膜中 L H CP 复合物减少可能在转 [ 52 ]
。这些存在于集胞蓝藻质膜 上的光合亚单位组装成含叶绿素的色素蛋白复合 体 ,然后通过膜泡运输或膜的侧向运动定位到类囊 体膜上[ 46 ]
,因此 ,集胞蓝藻细胞中的质膜并非类囊 体膜 ,是其光合反应中心复合物形成的最初位点 ,这 对全面认识蓝藻光合膜系统的生物发生具有至关重 要的贡献 。 细胞色素 b6 f ( Cyt b6 f ) 是一个整合在类囊体膜
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