蓝藻CCM的无机碳转运系统的理化功能研究

来源 :中国科学院研究生院 中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhll0011
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蓝藻的无机碳转运系统通过对胞外无机碳的主动运输,提高胞内的无机碳浓度并在关键部位浓缩,是蓝藻适应水体的低CO2的关键,也是CCM的主要研究对象。近年来对于蓝藻的5种转运系统的遗传学与蛋白结构的研究已经取得了极大的进展。在本文的工作中,我们利用集胞藻的突变体为材料,发现无机碳转运系统除了在提高蓝藻的胞内的无机碳浓度方面起重要作用外,还积极参与过剩激发光能的耗散过程,对蓝藻光合系统起到保护作用;另外,我们也第一次分离和鉴定了含量非常低的CO2转运复合体(NDH-1 MS’),它包含CupB蛋白和Ndh亚基。  蓝藻具有5个无机碳转运系统,包括2个CO2转运系统和3个HCO3ˉ转运子,参与胞外无机碳的主动运输。△5缺失了5个无机碳转运系统的突变体,该突变体在低CO2条件和加外源葡萄糖混养条件下均不能生长;在高低CO2浓度培养条件下都不能主动吸收无机碳,CO2或HCO3ˉ。△4突变体则仅有BicA转运子,它在空气条件下生长较慢,具有较低的HCO3ˉ转运活性。测定WT、△4和△5的生长速率发现△4和△5分别需要1.3%和1.7%的CO2浓度以达到最大生长速率的半值。而△NdhR突变体缺失了负调控因子NdhR蛋白,引起诱导型无机碳转运子的组成型表达,则表现出和△5相反的光合特征。依赖光的电子传递速率显示△4和△5的电子传递速率在光强增加时受到抑制,且△5对高光比△4更敏感,但WT和△NdhR受光抑制影响较小。QA的还原程度代表了光合电子链的氧化还原状态。△5的QA还原程度显著高于WT和其它突变体,并导致循环电子传递受到抑制,但是它这种过还原程度随着外源无机碳浓度的升高而逐渐缓解。因此,我们认为无机碳转运系统一方面主动运输外源碳源进入细胞内,消耗光合能量,同时促进碳循环反应,提高对电子的需求;而另一方面则通过增加细胞内的无机碳库的浓度来直接减缓光合电子链的电子过载现象,从而参与光合系统过剩激发光能的耗散过程。因此,无机碳转运系统对于藻类适应各种变化的环境具有重要作用。蓝藻具有2种CO2转运系统,它们是分别由CupA或CupB和Ndh亚基组成的NDH-1复合体和NDH-1’复合体。其中包含CupB的NDH-1S’复合体因为含量较低,不易分离。因此,我们通过遗传学方法将CupB蛋白的C-端标记了6His-cMyc标签,以纯化并鉴定该复合体。通过免疫印记鉴定发现CupB主要定位于类囊体膜上。NdhD4和NdhF4亚基缺失后,不能检测到CupB蛋白,因此,我们认为CupB和NdhD4、NdhF4一起构成了NDH-1S’复合体,它定位于类囊体膜上。另外,通过亲和层析和分子筛层析对集胞藻6803突变体CupBHM膜蛋白的分离,我们得到了一个分子量大于450kDa的蛋白复合体,该复合体含有CupB蛋白和NdhH亚基,推测其是由CupB的NDH-1S’亚复合体和NDH-1M亚复合体构成的NDH-1MS’复合体,其结构和功能类似于CupA所在的NDH-1MS复合体。
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