光合系统II电子转移辅因子的紫外共振拉曼光谱研究

光合作用将太阳能转化为化学能，直接或间接地为生命体的生存繁衍提供能量以及所需的氧气。这一领域的研究一直以来受到人们的广泛关注。其中光反应场所之一"光合系统II"仍然存在许多与电子转移辅因子相关的问题有待深入研究。比如：光合系统II中辅因子如何协调电子转移和质子转移过程；酪氨酸自由基与锰簇间的电子转移机理等问题。本项目采用近年来在光合作用研究领域新发展起来的紫外共振拉曼微探针光谱技术对光合系统II中电子转移辅因子质体醌、酪氨酸和锰簇展开探讨，以期利用共振拉曼效应获得这些辅因子在电子转移反应过程中的结构和构象变化，从而进一步深入认识光合系统II中电子转移的机理。

光合作用将太阳能转化为化学能，直接或间接地为生命体的生存繁衍提供能量以及所需的氧气。这一领域的研究一直以来受到人们的广泛关注。其中光反应场所之一“光合系统II”（PSII）仍然存在许多与电子转移辅因子相关的问题有待深入研究。本项目采用自主研制的紫外共振拉曼微探针光谱技术对PSII中电子转移辅因子展开研究，已按既定的年度研究计划完成了相关的研究内容。. 在项目执行期间，我们成功完成针对光合作用研究的紫外共振拉曼微探针光谱仪及其辅助技术系统的研制。这是世界上第一套采用257nm激光作为拉曼激发光源可应用于光合作用研究的紫外共振拉曼光谱系统。这一装置研制已完成发明专利的申请。同时，我们实现对PSII酶的提取和纯化，所得到的PSII的分解水放氧活性大于800 μmol O2 (mg Chl)-1 h-1。并针对获得的高活性PSII膜片段，筛选了一系列可以维持PSII放氧活性的外源电子受体。在此基础上，我们应用上述紫外共振拉曼微探针光谱仪系统开展了对PSII酶电子转移辅因子的动态结构表征研究。已获得了PSII中质体醌、类胡萝卜素、叶绿素以及色氨酸的拉曼振动信号。其中针对辅因子质体醌进行了细致的研究。首次获得了质体醌处于氧化状态时的羰基对称振动频率。并采用“泵浦-探测”手段根据不同的反应时间尺度分辨出辅因子质体醌QA和QB的信号。另外，探测到除了QA和QB之外其它质体醌的存在。此外，利用所获得的高活性PSII膜片段，在对PSII辅因子电子传递过程机理的深入认识的基础上，我们通过控制PSII反应中心的开放、闭合状态，首次观察到外周捕光天线复合体LHCII的聚集状态对能量传递具有调节作用。当光照强度过量时，LHCII聚集体能够将多余的能量以热能的形式更快地耗散掉。另一重要的研究进展是：根据获得的PSII酶与外源电子受体之间传递电子的动力学数据，我们在世界上首次实现了PSII与人工光催化剂杂化利用太阳光全分解水产氢气和氧气。. 经过该项目的开展，表明我们已成功开拓了针对光合作用研究一有力的技术手段，基于PSII的研究对光谱技术的要求非常苛刻，也表明该技术手段将可以推广到其它酶反应的结构分析和动态表征研究。