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本论文以高等植物光系统Ⅱ大量捕光天线色素蛋白复合体(LHCⅡb)的晶体结构为基础,研究LHCⅡb内部仅有的两对离子键(R185-E65,R70-E180)对复合体结构和功能的影响。我们应用氨基酸定点突变技术将螺旋B内部的70位精氨酸分别突变成苏氨酸(R70T)和赖氨酸(R70K),将螺旋A内部的185位精氨酸分别突变成赖氨酸(R185K)和亮氨酸(R185L)。通过体外表达系统大量表达并提纯这些突变体的LHCⅡb脱辅基蛋白,使之与从豌豆叶片中提取的总色素通过去垢剂交换法进行体外重组,然后利用蔗糖密度梯度超速离心纯化重组后的复合体,得到单体和三聚体。为了研究不同的突变对捕光色素蛋白复合体LHCⅡb结构和功能的影响,我们测定了以下指标:半变性绿胶电泳、吸收光谱、荧光发射光谱以及可见光区圆二色光谱等。
实验结果如下:
1)不同氨基酸突变对LHCⅡb形成单体和三聚体的影响不同。将R70突变为另一正电荷氨基酸K后就不能形成稳定的LHCⅡb单体和三聚体；将R185突变成不带电荷的氨基酸L后仍能形成单体,但不能形成三聚体。我们推测分别由R70和R185参与形成的两对离子键对LHCⅡb单体及三聚体形成的贡献不同:R70-E180的贡献较大；R185-E65的贡献较小。
2)突变体R70K和R70T蛋白与色素重组后能形成一种色素蛋白复合体,它具有高的叶绿素a/b比值,并具有部分Chlb到Chla能量传递的组分,我们推测其为LHCⅡb重组成稳定单体前的中间体。
3)突变体R185K和R185L的LHCⅡb单体的色素构象发生明显变化:主要表现在叶绿素Qy区吸收峰的红移,并且R185LQy吸收峰的红移大于R185K,这与突变前后氨基酸理化性质的差别有关。我们的结果表明,LHCⅡb中R185-E65离子键对于复合体中的色素构象有很重要的作用。