《高等植物捕光天線LHC-II中非光化學猝滅的超快動力學機制》是依託中國人民大學，由王鵬擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：高等植物捕光天線LHC-II中非光化學猝滅的超快動力學機制
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：王鵬
- 依託單位：中國人民大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
本項目擬以富含光系統II的菠菜類囊體膜，及其分離的外周捕光天線LHC-II為研究對象，通過調控脫質子試劑、酸、電子解偶聯劑和表面活性劑，獲得具有不同質子化狀態、電子傳遞狀態、以及聚集狀態的樣品(類囊體膜、LHC-II)；通過PAM（攜帶型調製葉綠素螢光儀）螢光測量建立這些狀態與qE（非光化學猝滅的能量依存組份）程度的對應關係；通過光譜電化學手段確定相應光合色素(類胡蘿蔔素、葉綠素)的自由基陰、陽離子特徵光譜。在此基礎上，採用近紅外區、高檢測靈敏度的飛秒時間分辨吸收光譜，研究不同狀態下樣品中激發態能量傳遞和電子轉移超快過程，結合關鍵瞬態物種的光譜指認建立動力學模型，闡明光系統II捕光天線LHC-II中類胡蘿蔔素-葉綠素電荷轉移猝滅機制對非光化學猝滅(NPQ)的貢獻。研究成果將為深入認識天然和模擬光合體系的光轉化和光保護機理提供重要科學基礎。
結題摘要
高等植物光系統II非光化學螢光猝滅（NPQ）是一種複雜的光保護機制，其微觀分子機制仍未闡明。本項目主要採用多種穩態和時間分辨光譜技術開展了如下研究工作：（1）類胡蘿蔔素在NPQ機制中扮演重要的角色，本研究採用納秒閃光光解技術研究了不同類胡蘿蔔素三重激發態動力學的溶劑效應，結果表明無論是含共軛羰基的管藻素、管藻黃素，還是不含氧的β-胡蘿蔔素在極性和非極性溶劑中均表現出顯著不同的激發態動力學機制，在極性溶劑中，類胡蘿蔔素均表現出較為複雜的光化學行為，這為闡明不同類胡蘿蔔素在複雜蛋白環境中光保護機制提供了重要指導；（2）光合膜體系中色素-蛋白複合物的二維陣列結構和聚集狀態是決定其激發態能量傳遞和耗散機制的重要因素之一，本研究將紫色光合細菌外周天線蛋白LH2組裝在人工膜體系中，進而研究環境因素等對色素-蛋白複合物光譜性質的影響，結果表明氫離子和金屬離子主要通過和膜蛋白親水區關鍵胺基酸發生相互作用從而影響到相鄰色素輔基的光譜性質；（3）天然光合膜蛋白中類胡蘿蔔素常常以各種形態的聚集體或扭曲構型存在，本研究開展了不同類胡蘿蔔素聚集體的製備及其光物理性質研究，結果表明類胡蘿蔔素聚集體具有單重激發態均裂（生成兩個三重激發態）的能力，這為尋找高光量子效率的光電轉換器件材料提供了重要理論和實踐指導； （4）光合膜蛋白的酸化和聚集是影響NPQ的重要因素之一，本研究對不同酸化和聚集狀態下的假根羽藻LHCII進行激發態超快動力學研究，結果表明酸化和聚集可以造成一定程度NPQ的發生，主要通過改變了複合物中色素的能量傳遞和耗散途徑；（5）採用納秒閃光光解技術對比研究了不同氧化還原狀態下菠菜和假根羽藻PSI核心複合物激發態動力學，結果表明不同氧化-還原狀態導致不同的光保護機制和規律。本項目的執行為加深理解高等植物光系統II非光化學螢光猝滅機制提供了多方面的探索和數據支持。
