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oe1(光电查) - 科学论文

14 条数据
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  • 第二爱默生效应的远红光光谱：采用双波长脉冲幅度调制荧光法的研究

    摘要： 同时用远红光和较短波长光照激发光合作用时产生的非加性增强效应被称为"第二爱默生效应"。其作用光谱表现为：在恒定波长约700-715纳米的远红光照射下，光合产量随红光（630-690纳米）波长的依赖关系已被明确。然而，当采用恒定波长的较短光（红光或蓝光）照射时，光合产量对远红光（690-760纳米）波长的反向依赖关系从未被研究过。本研究采用快速傅里叶双波长脉冲幅度调制（PAM）荧光法测定第二爱默生效应的作用光谱。通过蓝光调制光激发臭椿（Ailanthus altissima Mill.）叶片的叶绿素荧光，研究叶片在690至760纳米背景光（10纳米间隔）照射下的远红诱导荧光下降现象（荧光偏移-FRIFS），计算公式为FRIFS=(F0-Fs)/F0（F0为无远红光时的荧光值，Fs为有远红光时的荧光值）。最大FRIFS值出现在720纳米处（11.8%），但在740、750纳米仍保持显著，在690甚至760纳米处则呈现较低值。在远红光照射期间及之后施加蓝光饱和闪光测得：以720纳米背景光计算的光系统II（PSII）量子产额（Fv/Fm）出现提升。采用红光调制光激发时FRIFS值较低。研究表明：当蓝光优先激发PSII时，远红光对PSI的选择性附加激发会导致光化学淬灭，进而使PSI限制非循环电子流——这正是FRIFS现象的成因。文中还讨论了已知PSI捕光复合体I吸收光谱与第二爱默生效应观测作用光谱（FRIFS光谱）之间的矛盾。

    关键词： 光系统II，臭椿，光系统I，第二爱默生效应，快速傅里叶PAM荧光测量法，远红光，类囊体电子传递

    更新于2025-11-14 15:30:11

  • 来自嗜热聚球藻D1/T179位点定向突变体对光系统II中ChlD1功能的新见解

    摘要： 位于PD1PD2叶绿素对与脱镁叶绿素PheoD1之间的单体叶绿素ChlD1，是光系统II核心区域波长最长的叶绿素，被认为是初级电子供体。其中心Mg2+与一个通过氢键连接D1/T179的水分子配位。本研究在嗜热蓝细菌Thermosynechococcus elongatus中构建了两个定点突变体D1/T179H和D1/T179V，并采用多种生物物理技术进行表征。两个突变体的水裂解位点Mn4CaO5簇均保持完全活性。热释光变化表明：i）辐射复合通过*ChlD1自身的重新布居发生；ii）T179H-PSII中非辐射电荷复合反应速率加快；iii）PD1PD2特性不受此突变影响；因此iv）辐射激发态的直接前体状态是ChlD1+PheoD1?自由基对。高强度光照导致的叶绿素漂白与产生的1O2量相关。将漂白光谱与QA?形成时ChlD1引起的电色位移对比显示：在T179H-PSII和WT*3-PSII中，ChlD1本身是首个被1O2损伤的叶绿素；而在T179V-PSII中则是更红移的叶绿素受损（其具体身份有待讨论）。因此，ChlD1似乎是重组介导光抑制的主要损伤位点之一。最后，ChlD1吸收的变化很可能促成了S态循环期间~430 nm处著名的电色位移现象。

    关键词： ChlD1（叶绿素D1）、电致变色位移、P680、光系统II、反应中心

    更新于2025-11-14 15:14:40

  • 光系统II质体醌结合位点的结构/功能/动力学

    摘要： 光系统II（PSII）持续吸引着研究者们的关注，他们致力于破解这一对地球上所有生命至关重要的复杂分子色素-蛋白复合体的运作机制与效率之谜。此外，越来越多生物技术应用设想正通过开发利用该复合体的独特性质来实现。PSII的组织结构与工作原理为电化学水分解方案、储能系统中的电荷分离三聚体设计，以及用于环境、农业和工业中有毒化合物筛查的生物芯片与传感器提供了灵感。一个引人注目的机遇是开发传感器设备，利用天然或改造的PSII复合体，或特制合成的模拟PSII反应中心蛋白的多肽作为生物传感元件。本综述简要概述了近期在理解PSII供体侧结构与功能方面的进展，重点关注质体醌辅因子与周围环境的相互作用及其运行特性。此外，还讨论了聚焦于光合蛋白质结构/功能/动力学的研究，以及旨在理性设计高质量生物识别元件的计算分析在生物传感器设备中的应用。

    关键词： 质体醌结合位点、分子动力学模拟、质体醌、分子对接、蛋白质动力学、光系统II

    更新于2025-09-23 15:22:29

  • 结晶态光系统II复合物中水氧化的催化循环：中间体形成的性能与要求

    摘要： 光系统II（PSII）晶体包含水氧化反应中心（WOC）最均一的拷贝，该中心负责释放氧气（O2）。然而，尽管PSII晶体在结构研究中应用广泛，对其实际功能的研究却很少。本文采用氧计量法，测定有氧和无氧条件下，随着外加电子受体（醌类和铁氰化物）的加入，WOC循环中间体的量子效率和寿命。PSII晶体展现出迄今观察到的任何天然或分离PSII中最高的O2产生量子产率（61.6%，理论值为59,000 μmol O2/mg Chl/h）。使用不可逆电子受体（铁氰化物）时，WOC循环可维持数千次周转。对催化循环的模拟显示，PSII晶体和溶解的PSII核心存在四种几乎相同的独特光化学低效环节。外源受体与原生质体醌受体在QB（或QC）位点达到平衡，其中可观察到两个不同的氧化还原对，它们调节通过PSII的通量。水氧化催化循环的通量被QAQB双电子门控在动力学上限制。电子受体显著延长了S2和S3态的寿命（尤其是S2态），且取决于其氧化还原可逆性。PSII在体外的性能可远超其在体内的能力。通过谨慎使用防护措施并监测群体，PSII微晶体可用于探索WOC中间体和催化机制。

    关键词： 放氧复合体、电子受体、(微)晶体、S态、量子产率、光系统II

    更新于2025-09-23 15:22:29

  • 光系统II的自适应醌-醌醇交换机制

    摘要： 质体醌（PQ）还原为质体氢醌（PQH2）的步骤可调控光系统II（PSII）的光反应速率。为实验解析PSII的PQ-PQH2交换机制，我们采用多种PQ类似物研究了植物PSII膜及亚基修剪PSII核心复合物的反应动力学，并通过257纳米共振拉曼散射直接探测PQ及其他醌类的还原过程。醌浓度对反应速率的两阶段影响源于醌-氢醌交换机制。结果表明：当醌浓度较高（每个PSII反应中心超过一个可移动醌分子时），会触发适应单向路径的醌-氢醌交换——醌类通过通道I和/或III进入，氢醌通过通道II离开。QB附近的一个弱醌结合位点可能在推动单向路径中的醌-氢醌交换中起关键作用。本研究提供了实验证据，证实了PSII具有自适应的醌-氢醌交换机制。

    关键词： 反应动力学，光系统II，质体醌，共振拉曼散射，醌-醌醇交换

    更新于2025-09-23 15:21:01

  • 一种仿生计算方法优化光伏器件的量子效率

    摘要： 最先进的低成本有机光伏电池量子效率约为10%，这与量子效率接近1的植物/细菌光捕获系统形成鲜明对比。其中特别值得关注的是高效量子相干能量转移机制。鉴于电荷残基和局部介电环境能促进量子相干性，经典原子尺度模拟与含时密度泛函理论（TD-DFT）可用于识别精确界定的能量转移界面处的电荷/介电分布模式及电子耦合效应——这些界面结构信息源自光合蛋白-色素复合体的研究数据。 本项目聚焦线性电子传递磷酸化链中的首个蛋白-色素-氧化还原载体复合体——光系统II[PSII]。该复合体除数百个色素分子外还包含10余种主要多肽，分子量超过100万道尔顿。鉴于PSII结构复杂且脆弱，本项目基于原位电镜数据构建其整体架构，这些数据提供了完整未受扰动PSII复合体的结构线索。虽然与X射线晶体学和核磁共振波谱相比分辨率有限，但电子断层扫描结果与投影图谱能精确描绘天然复合体结构，便于将PSII亚复合体的高分辨率X射线数据拟合为完整复合体的原子级模型。该模型必须包含光捕获天线系统——即光捕获叶绿素（Chl）a/b蛋白复合体[LHCII]。对于LHCII，需考虑其既与PSII相邻定位，又存在于独立互补膜结构中的两种布局方式，从而分别测试水平（膜内）与垂直（膜间）能量转移。生化证据和断层扫描数据强有力地支持LHCII存在于区别于PSII的膜结构中，且已有研究注意到LHCII的组织结构可能随环境条件改变。

    关键词： 光系统II、仿生学、计算方法、量子效率、捕光叶绿素、光伏技术

    更新于2025-09-23 15:19:57

  • 受天线相关光系统II启发，结合光伏器件与电化学电池、将阳光转化为氢能的仿生储能系统

    摘要： 由人类活动引发的气候变暖是当今最严峻的问题之一。为抑制全球变暖，国际社会正推动能源体系从化石燃料向顺应自然的可持续能源转型。本文通过概念性研究，展示了受植物高效可持续利用自然能源启发的仿生工程学方案。该方案聚焦植物的四大特征：（1）光能捕获与能量浓缩装置；（2）水分解产氧装置；（3）能源相关化学物质的储存；（4）根据需求将储存物质逆转为"可用能源"。研究团队通过光伏发电装置、电能转化学能的电化学单元、氢气储存系统以及按需现场将氢气转回电能的聚合物电解质电池，构建了太阳能驱动的化学能转化示范系统。这份基于植物仿生学知识（自然光合作用与太阳能制氢的原理相似性）提出技术构想的概念论文，是世界顶级太阳能制氢效率研究团队（截至2015年创下24.4%纪录）与植物生物学家跨学科合作的成果。

    关键词： 能源系统、氢气、光系统II、太阳能光转换

    更新于2025-09-23 15:19:57

  • 羟基四氢嘧啶通过作为电子供体，?；っ倘笔У墓庀低矷I免受光抑制

    摘要： 在本研究中，我们探究了羟基四氢嘧啶（Ect-OH）这种杂环氨基酸对光系统II（PS II）膜片段放氧作用及锰缺失型PS II（apo-WOC-PS II）制剂光抑制的影响。通过外源电子供体（抗坏血酸钠）恢复叶绿素荧光产率光诱导变化幅度（?F）能力的损失程度来评估apo-WOC-PS II制剂的光抑制程度。研究发现：(i) Ect-OH能刺激PS II的放氧活性；(ii) 加速外源电子供体（K4[Fe(CN)6]、DPC、TMPD、Fe2+和Mn2+）向apo-WOC-PS II反应中心的电子传递；(iii) 增强外源电子供体对apo-WOC-PS II制剂供体侧光抑制的?；ばв?。推测Ect-OH可作为apo-WOC-PS II的人工电子供体，且不与反应中心的供体侧或受体侧直接相互作用。我们认为Ect-OH存在时影响水合程度的蛋白质构象，更有利于接受外源供体的电子。据我们所知，这是首个研究Ect-OH对光合色素-蛋白复合物氧化还原活性的工作。

    关键词： 羟基四氢嘧啶、光抑制、光系统II、水氧化复合体

    更新于2025-09-23 05:13:39

  • 具有光系统II的分层三维电极在半人工光合作用中的结构-活性关系

    摘要： 半人工光合作用将光合酶与人工电子器件相结合，是一种通过重构自然光电转化途径实现可持续燃料与化学品合成的新兴技术。然而生物电极中酶催化活性的降低限制了整体性能及燃料生产的进一步应用。本研究通过构建包含光系统II与三维氧化铟锡/石墨烯电极的模型体系，揭示了调控光电转化的关键因素。运用荧光显微镜和原位表面敏感红外光谱技术，我们探究了不同结构电极支架中的酶分布与渗透情况，并结合蛋白质膜光电化学分析建立了电极结构与酶活性之间的关联。研究发现电极的层级结构主要影响蛋白质整合而非酶活性，而光活性更多受限于光照强度及生物界面处的电子传递。该研究为提升半人工光合作用性能提供了指导原则，同时建立了一套探测三维电极中光活性生物膜的方法体系。

    关键词： 半人工光合作用、光系统II、反蛋白石结构、石墨烯电极、氧化铟锡电极

    更新于2025-09-23 11:59:13

  • X射线自由电子激光揭示PSII中氧-氧耦合的氧基/氧机制

    摘要： 光系统II（PSII）中的Mn4CaO5簇催化光合水氧化反应，该过程通过五个S态中间体（S0至S4）线性推进。为揭示水氧化机制，我们采用X射线自由电子激光串行晶体学技术分析了PSII在S1、S2和S3态的结构。研究发现S2态未发生水分子插入，但当转变为S3态时D1蛋白Glu189残基的翻转开启了水通道，并为额外氧配体的结合提供了空间，从而形成具有氧桥/氧代桥结构的开放立方烷型Mn4CaO6簇。不同S态间PSII的结构变化揭示了底物水获取、质子释放和氧气生成在光合水氧化过程中的协同作用。

    关键词： 氧-氧耦合、光系统II、X射线自由电子激光、水氧化、氧基/氧机制

    更新于2025-09-19 17:13:59