磷酸化研究总结

1、磷酸化研究总结高等植物的光合作用由两种与膜相连的色素蛋白复合物介导：光高等植物的光合作用由两种与膜相连的色素蛋白复合物介导：光系统系统I I （PSIPSI）和光系统）和光系统II II （PSIIPSII），其中），其中PSII PSII 催化水的氧化和催化水的氧化和质体醌的还原。质体醌的还原。 研究背景：研究背景：磷酸化是蛋白翻译前修饰的最常见的形式之一，在调节从基因表达到信号磷酸化是蛋白翻译前修饰的最常见的形式之一，在调节从基因表达到信号和代谢调控等所有细胞功能中都起作用。和代谢调控等所有细胞功能中都起作用。高等植物类囊体膜蛋白的磷酸化最初是通过高光强诱导发现的（高等植物类囊体膜蛋白的磷

2、酸化最初是通过高光强诱导发现的（Bennett 1977），此后的大多数研究都以光照作为首选环境条件研究光系统主要功），此后的大多数研究都以光照作为首选环境条件研究光系统主要功能性蛋白磷酸化的变化，目前发现的能性蛋白磷酸化的变化，目前发现的PSII中能够发生磷酸化的主要蛋白有中能够发生磷酸化的主要蛋白有D1、D2、CP43和和PsbH亚基以及捕光色素蛋白复合物亚基以及捕光色素蛋白复合物LHCII等。随后又有等。随后又有研究发现包括温度、研究发现包括温度、pH值、盐离子浓度等其它环境因子的改变也会引起不值、盐离子浓度等其它环境因子的改变也会引起不同程度的同程度的PSII蛋白的磷酸化。蛋白的磷酸化

3、。高等植物类囊体膜蛋白的可逆磷酸化对环境是依赖的，表明高等植物的光高等植物类囊体膜蛋白的可逆磷酸化对环境是依赖的，表明高等植物的光合反应机构对周围环境具有一定的适应和调节能力（合反应机构对周围环境具有一定的适应和调节能力（Aro和和Ohad 2003）。）。 水分胁迫作为一种外界环境诱导因素，会使植物细胞因水分胁迫作为一种外界环境诱导因素，会使植物细胞因失水而造成膜结构的破坏，活性氧水平升高，光系统尤失水而造成膜结构的破坏，活性氧水平升高，光系统尤其是光系统其是光系统IIII的功能蛋白稳态水平表达下降，的功能蛋白稳态水平表达下降， 光合活性光合活性降低。降低。本试验的目的在于：研究渐进水分胁迫

4、（本试验的目的在于：研究渐进水分胁迫（PEG 6000 PEG 6000 处理处理0 0、2424、4848、72h72h）下大麦叶片）下大麦叶片PSIIPSII主要功能蛋白主要功能蛋白D1D1、D2D2、CP43CP43、LHCIILHCII复合体等的（去）磷酸化水平变化，探讨高复合体等的（去）磷酸化水平变化，探讨高等植物光合机构对水分胁迫这一环境因素的适应机制。等植物光合机构对水分胁迫这一环境因素的适应机制。研究结果：研究结果：光合生理参数光合生理参数PSIIPSII光化学活性光化学活性NoImage结论：结论：水分胁迫引起的大麦光合速率的下降可能与气孔因素与非气孔因素都有水分胁迫引起的大

5、麦光合速率的下降可能与气孔因素与非气孔因素都有关；关；水分胁迫对水分胁迫对PSIIPSII造成更大的影响，使造成更大的影响，使PSIIPSII的光化学活性、量子产率、光的光化学活性、量子产率、光化学淬灭能力均显著降低；化学淬灭能力均显著降低；1-1-q qp p参数的变化反映出质体醌氧化状态水平的显著升高，表明随着水分参数的变化反映出质体醌氧化状态水平的显著升高，表明随着水分胁迫程度的加深，反应中心及捕光色素蛋白的磷酸化水平可能升高；胁迫程度的加深，反应中心及捕光色素蛋白的磷酸化水平可能升高；加入磷酸酶的抑制剂加入磷酸酶的抑制剂NaFNaF后，所有光和参数水平均未能恢复至对照水平，后，所有光和

6、参数水平均未能恢复至对照水平，对于对于PSIIPSII情况尤为如此，说明蛋白的去磷酸化过程对水分胁迫下光系统情况尤为如此，说明蛋白的去磷酸化过程对水分胁迫下光系统的保护机制尤为重要，为之后蛋白水平的研究奠定实验基础。的保护机制尤为重要，为之后蛋白水平的研究奠定实验基础。蛋白水平研究蛋白水平研究PSII主要功能蛋白的磷酸化水平研究主要功能蛋白的磷酸化水平研究PSII主要功能蛋白的去磷酸化速率研究主要功能蛋白的去磷酸化速率研究D1D1LHCII b1LHCII b1CP43CP43LHCII b4(CP29)LHCII b4(CP29)类囊体分区研究蛋白迁移类囊体分区研究蛋白迁移温和电泳研究温和电

7、泳研究LHCIILHCII单体单体三体变化三体变化各种蛋白酶及磷酸酶在类囊体各区的分布变化各种蛋白酶及磷酸酶在类囊体各区的分布变化Alexander V. Vener (Plant Physiol. 2000)结论：结论：反应中心蛋白反应中心蛋白DIDI、D2D2，内周天线蛋白，内周天线蛋白CP43:CP43:Eva-Mari Aro (J. Biol. Chem., 1996）Alexander V. Vener (Biochim. Biophys. Acta., 2007)水分胁迫下，反应中心蛋白通过蛋白去磷酸化速率的水分胁迫下，反应中心蛋白通过蛋白去磷酸化速率的加快，加快蛋白降解；加快，

8、加快蛋白降解；单子叶植物大麦类囊体结构可能区别于双子叶植物，单子叶植物大麦类囊体结构可能区别于双子叶植物，类囊体垛叠区含量较低，且在基粒区域仍有一定量蛋类囊体垛叠区含量较低，且在基粒区域仍有一定量蛋白酶的分布；白酶的分布；捕光色素蛋白复合体捕光色素蛋白复合体LHCIILHCIIEva-Mari Aro (Science, 2003）水分胁迫下，水分胁迫下，LHCIILHCII不发生从不发生从PSIIPSII到到PSIPSI的状态迁的状态迁移，胁迫初期移，胁迫初期LHCIILHCII三体含量即明显下降，与中心三体含量即明显下降，与中心蛋白相同，水分胁迫加快蛋白相同，水分胁迫加快LHCII b1L

9、HCII b1的去磷酸化速的去磷酸化速率。率。小分子的捕光蛋白小分子的捕光蛋白CP29CP29Alexander V. Vener (FEBS Journal, 2006)正常条件下，小分子捕光蛋白正常条件下，小分子捕光蛋白CP29CP29不发生明显的磷酸化，但不发生明显的磷酸化，但在胁迫初期，即发生明显的磷酸化；在胁迫初期，即发生明显的磷酸化；由于胁迫初期质体醌的还原水平变化不明显，因此单子叶植由于胁迫初期质体醌的还原水平变化不明显，因此单子叶植物大麦中物大麦中CP29CP29磷酸化的调控机制可能有别于双子叶植物（磷酸化的调控机制可能有别于双子叶植物（AroAro等，等，20032003）；

10、）；随着胁迫初期随着胁迫初期CP29CP29蛋白显著磷酸化的发生，蛋白显著磷酸化的发生，CP29CP29发生由类囊发生由类囊体垛叠区向非垛叠区的迁移，且迁移之后蛋白稳定存在不发体垛叠区向非垛叠区的迁移，且迁移之后蛋白稳定存在不发生降解。生降解。意义：意义：水分胁迫下，反应中心蛋白通过去磷酸化速率的加快，加速蛋白降解，水分胁迫下，反应中心蛋白通过去磷酸化速率的加快，加速蛋白降解，利于受损蛋白的周转和反应中心的修复；利于受损蛋白的周转和反应中心的修复；捕光色素蛋白复合物捕光色素蛋白复合物LHCIILHCII的降解是否与其去磷酸化有关，目前没有报的降解是否与其去磷酸化有关，目前没有报道，但本试验证明

11、，水分胁迫下道，但本试验证明，水分胁迫下LHCIILHCII不发生从不发生从PSIIPSII到到PSIPSI的状态迁移，的状态迁移，即不发生光能的重新分配；即不发生光能的重新分配；小分子捕光蛋白小分子捕光蛋白CP29CP29的磷酸化可能与的磷酸化可能与LHCIILHCII与反应中心蛋白在与反应中心蛋白在PSIIPSII修复修复过程中的分离和连接有关，也可能与过程中的分离和连接有关，也可能与LHCIILHCII在类囊体膜上的定位有关，在类囊体膜上的定位有关，有研究认为，有研究认为，CP29CP29可能通过可逆磷酸化过程调节非辐射能的耗散，从可能通过可逆磷酸化过程调节非辐射能的耗散，从而减轻而减轻PSIIPSII的损伤（的损伤（PursiheimoPursiheimo等，等，20012001）。）。本试验的研究意义：本试验的研究意义：首次报道水分胁迫对植物光系统首次报道水分胁迫对植物光系统IIII蛋白磷酸化的影响；蛋白磷酸化的影响；首次发现水分胁迫下单子叶植物中小分子捕光蛋白首次发现水分胁迫下单子叶植物