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细胞色素b6f蛋白复合体(Cyt b6f)是植物光合膜(类囊体膜)上的三个完整膜蛋白超分子复合体(PSⅡ，PSⅠ和Cyt b6f)之一，它的主要功能是作为电子载体介导PSⅡ和PSⅠ之间的线性电子传递和围绕PSⅠ的循环电子传递，并与此过程相偶联将质子从类囊体膜外侧转移到膜内侧，形成跨膜质子梯度，为ATP的合成提供原动力。嗜热蓝细菌和莱茵衣藻Cyt b6f的晶体结构已于2003年获得解析，由此也引起了研究者对其中所含两种色素(Chlα和β-Car)生理功能的关注。然而，高等植物菠菜和海洋绿藻-假根羽藻Cyt b6f中所含的Car分子不同，在菠菜中所含的Car是β-Car，而在假根羽藻中是α-Car。二者在结构上的差异可能导致功能上的不同，Car的不同结构很可能与Cyt b6f中的光保护机制有关。揭示Cyt b6f中Chlα和β-Car存在的意义及生理功能对于阐明光合作用高效转能及其调控的分子机理具有十分重要的意义。Chlα是光合膜中的重要敏化物质，在光激发后可以将其三线态(3Chlα*)激发能传递给O2分子而形成极具破坏性的单线态氧(1O2*)，对Chlα分子及其周围环境的蛋白质产生氧化破坏。β-Car在Cyt b6f中被认为是通过淬灭作用来清除。1O2*，从而对Cyt b6f起到光保护的作用。然而，对于1O2*的来源及清除机制仍有争议且缺乏实验证据。另外，对于强光诱导Cyt b6f中超氧阴离子(O2-·)的产生及其机制尚缺乏研究。为此，本文以分离的高等植物菠菜和海洋绿藻-假根羽藻的Cyt b6f为研究对象，采用自旋捕捉ESR技术研究了强光诱导下Cyt b6f中1O2*和O2-·的产生及其分子机制，取得了如下的主要研究结果：
1.强光诱导假根羽藻Cyt b6f产生的1O2*对叶绿素α(Chlα)有明显的漂白作用，1O2*的产生可以被外加的D2O所促进(ESR信号的强度增加20％)，而被外加的NaN3所抑制(ESR信号的强度降低77.5％)。在强光照射缺失Rieske[Fe-S]蛋白的Cyt b6f(Cyt b6f(-Fe-S))中也检测到1O2*的产生，但在分离的Rieske[Fe-S]蛋白溶液中，在同等光照条件下却未能检测出1O2*。这些结果表明Cyt b6f中光诱导产生1O2*的特异性位点是Chlα而不是Rieske[Fe-S]蛋白。采用波长为675nm的红光选择性激发Cyt b6f中的Chlα时也检测到1O2*的产生，这进一步支持了上述结论。加入β-Car可使1O2*的信号强度降低72.4％，而加入抗坏血酸、谷胱甘肽或L-组氨酸都可将1O2*信号完全清除，推测假根羽藻Cyt b6f中的α-Car是作为1O2*的清除剂来起作用，Cyt b6f的光保护机制可以部分地通过在类囊体膜中的不同抗氧化物质对。1O2*的清除或淬灭来实现。
2.与分离的假根羽藻Cyt b6f中的情形相似，强光可诱导菠菜Cyt b6f中产生1O2*，且产生的1O2*对叶绿素α(Chlα)有明显的漂白作用；1O2*的产生可以被外加的D2O促进(ESR信号的强度增加29％)，而被外加的NaN3抑制(ESR信号的强度降低23％)。但不同的是，不仅在强光照射缺失Rieske Fe-S蛋白的Cytb6f(Cyt b6f(-Fe-s))中有1O2*的产生(ESR信号强度比完整Cyt b6f中所产生的信号强度增加34％)，而且在光照分离的Rieske[Fe-S]蛋白中也都能检测到1O2*的产生，其ESR信号强度是完整Cyt b6f中所产生信号强度的43％。采用波长为675nm的红光选择性激发Cyt b6f中的Chlα时也检测到1O2*的产生，且与白光照射的1O2*产量接近。以上结果表明，Rieske[Fe-S]蛋白是1O2*的来源之一但不是主要来源，相比之下Chlα才是菠菜Cyt b6f中1O2*产生的主要部位。加入β-Car可使1O2*的信号强度降低64％，而加入抗坏血酸、谷胱甘肽或L-组氨酸都可将。1O2*信号完全清除，推测菠菜Cyt b6f中的β-Car是作为1O2*的清除剂起作用的，Cytb6f的光保护机制可以部分地通过在类囊体膜中的不同抗氧化物质对1O2*的清除或淬灭来实现。
3.除了1O2*，还在强光照射下的假根羽藻Cyt b6f中检测到了O2-·。通过加入1O2*清除剂-NaN3，使EMPO-OOH信号强度降低51％；加入SOD可以完全清除O2-·。结果表明，O2-·。的产生主要来自1O2*参与的反应(该部分占O2-·总量的65.8％)。此外，O2-·可以被抗坏血酸和谷胱甘肽100％的清除，而在β-Car存在的情况下，O2-·只能被清除46％，抗氧化剂对O2-·有很好的清除作用，这可能对Cyt b6f抵抗光氧化起到一定的作用。
4.在强光照射下的菠菜Cyt b6f中也检测到了O2-·的产生。加入NaN3后，EMPO-OOH信号强度与对照相比减少16％；而加入SOD后，EMPO-OOH信号是对照的1.3倍，其原因有待于进一步研究。此外，结果也表明1O2*参与的反应是O2-·的主要来源(该部分占O2-·总量的69.6％)。在同一悬浮液中悬浮的Cytb6f，其O2-·和1O2*的产量是相对应的，这一结果更支持了上述结论。同时，加入β-Car和谷胱甘肽可以完全清除菠菜Cyt b6f产生的O2-·；加入抗坏血酸可以清除45％的O2-·，Cyt b6f的光保护机制可以部分地通过不同抗氧化物质对O2-·的清除来实现。