祝香芝

摘要分別從PS Ⅱ 電子供體端和受體端能量和電子的轉(zhuǎn)移過程綜述了高光和高溫下通過PS Ⅱ 的氧自由基產(chǎn)生的分子機(jī)理研究進(jìn)展，為了解植物如何在變化的環(huán)境條件下生存提供了新視野。

關(guān)鍵詞光抑制；熱失活；氧自由基

中圖分類號(hào)S-3文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼

A文章編號(hào)0517-6611（2017）30-0010-05

AbstractWe introduced research progress in the molecular mechanism of ROS produced by PS Ⅱ under high light and high temperature from energy and electron transfer on the PS Ⅱ electron acceptor and donor sides，respectively.The results provide new insights into how plants survive under adverse environmental conditions.

Key wordsPhotoinhibition；Heat inactivation；Reactive oxygen species

PS Ⅱ 是嵌入類囊體膜中的水-質(zhì)體醌氧化還原酶類，催化光驅(qū)動(dòng)的H2O氧化成O2，質(zhì)體醌（PQ）還原成PQH2。光驅(qū)動(dòng)的過程包含能量轉(zhuǎn)移和電子轉(zhuǎn)移，同時(shí)伴隨著氧自由基（reactive oxygen species，簡稱ROS）的產(chǎn)生。在能量轉(zhuǎn)移上，單線態(tài)氧是能量從三線態(tài)葉綠素轉(zhuǎn)移到O2形成的。在電子轉(zhuǎn)移上，ROS是對(duì)O2連環(huán)的單電子還原和分別在PS Ⅱ 電子受體端和供體端協(xié)調(diào)H2O的雙電子氧化形成的。O2的單電子還原形成超氧陰離子（O2·-），它發(fā)生歧化作用生成過氧化氫（H2O2），然后在芬頓反應(yīng)中被還原成羥自由基（HO·）。H2O的雙電子氧化形成H2O2，它分別被氧化成O2·-、被還原成HO·。酶類和非酶類的清除系統(tǒng)都參與到清除ROS和維持在各種非生物（環(huán)境條件的改變，如高光強(qiáng)、高溫和低溫等）和生物（食草動(dòng)物和致病菌，如病毒、細(xì)菌和真菌等）脅迫下的ROS水平。

研究表明，在高光強(qiáng)[1]和高溫[2]條件下，PS Ⅱ 中的蛋白會(huì)受到ROS造成的氧化損傷。PS Ⅱ 中的蛋白受到的氧化修飾主要是由1O2這類ROS造成的。H2O2不太會(huì)氧化PS Ⅱ 蛋白，而OH·會(huì)氧化其產(chǎn)生部位的蛋白。通過體外試驗(yàn)分析發(fā)現(xiàn)，由ROS造成的PS Ⅱ 蛋白的氧化修飾發(fā)生在細(xì)胞內(nèi)，被ROS抑制的蛋白的重新合成是在高光強(qiáng)[3]和高溫[4]條件下進(jìn)行的。PS Ⅱ 蛋白質(zhì)氧化的研究較多，而PS Ⅱ 附近的脂質(zhì)過氧化的研究較少。研究表明，在PS Ⅱ 附近形成的1O2會(huì)啟動(dòng)類囊體膜的脂質(zhì)過氧化[5]。

筆者主要綜述了近年來在高光強(qiáng)和高溫脅迫下ROS形成的分子機(jī)理的研究進(jìn)展，旨在為研究植物如何在變化的環(huán)境條件下生存提供新的視野。

1高光脅迫下活性氧的產(chǎn)生

在高光下，能量轉(zhuǎn)移和電子轉(zhuǎn)移的過程中會(huì)產(chǎn)生ROS。葉綠素吸收的光能通過PS Ⅱ 捕光天線復(fù)合體轉(zhuǎn)移到PS Ⅱ 反應(yīng)中心[6]。

1.1高光脅迫下1O2的形成

能量從三線態(tài)葉綠素或者三線態(tài)羰基轉(zhuǎn)移到O2形成1O2。能量從葉綠素轉(zhuǎn)移到O2發(fā)生在PS Ⅱ 捕光天線復(fù)合體和反應(yīng)中心兩處。在PS Ⅱ 捕光天線復(fù)合體處，三線態(tài)葉綠素是通過光敏反應(yīng)形成的；而在PS Ⅱ 反應(yīng)中心處，三線態(tài)葉綠素是通過三線態(tài)自由基3[P680·+PheoD1·-]電荷重組形成的。三線態(tài)羰基能量轉(zhuǎn)移到O2形成1O2，是在光下由ROS起始脂質(zhì)過氧化的過程中發(fā)生的。能量從三線態(tài)葉綠素轉(zhuǎn)移到O2形成1O2，是高光下1O2的主要來源；而能量從三線態(tài)羰基轉(zhuǎn)移到O2形成1O2，目前試驗(yàn)證據(jù)較少，對(duì)1O2的總量貢獻(xiàn)極少。

PS Ⅱ 捕光復(fù)合體中的葉綠素吸收的多余能量不能被PS Ⅱ 反應(yīng)中心完全利用時(shí)，能量轉(zhuǎn)移就會(huì)受限。在這種情況下，單線態(tài)葉綠素可能會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)橛泻Φ娜€態(tài)葉綠素。當(dāng)單線態(tài)葉綠素能量淬取不充分時(shí)，單線態(tài)葉綠素會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)槿€態(tài)葉綠素，三線態(tài)葉綠素作為光敏劑，將能量轉(zhuǎn)移給O2形成1O2[7]。為了阻止1O2的形成，葉綠素和類胡蘿卜素相結(jié)合，而類胡蘿卜素可以淬滅三線態(tài)葉綠素的能量。類胡蘿卜素包括胡蘿卜素（β-胡蘿卜素）和它們的含氧衍生物葉黃素類（葉黃素、玉米黃質(zhì)）[8]。在PS Ⅱ 捕光天線復(fù)合體中，葉黃素和玉米黃質(zhì)在三線態(tài)葉綠素的淬滅中起了很重要的作用[9-10]。葉黃素是永久地與Lhcb蛋白相協(xié)調(diào)，而玉米黃質(zhì)在高光強(qiáng)下通過紫黃素可逆的脫-環(huán)氧化作用而積累。玉米黃質(zhì)可能游離在類囊體膜中，也可能與Lhcb蛋白相結(jié)合[11-12]。4個(gè)葉黃素類的結(jié)合位點(diǎn)存在于PS Ⅱ 中單體（Lhcb4到Lhcb 6）的和三聚物（LHC Ⅱ）的天線蛋白處。葉黃素類結(jié)合在L1（葉黃素）和L2（葉黃素結(jié)合在Lhcb，葉黃素或者玉米黃質(zhì)結(jié)合在單體的Lhcb4到Lhcb6蛋白）位點(diǎn)能高效地捕獲三線態(tài)葉綠素的能量。葉黃素在L1（Lut620）和L2（Lut621）位點(diǎn)分別是與葉綠素Chl610到Chl614 和Chl602到Chl604相結(jié)合的。結(jié)合于L2的葉黃素對(duì)三線態(tài)葉綠素602和603能量的淬滅效率很高，而結(jié)合于L1的葉黃素對(duì)三線態(tài)葉綠素612能量的淬滅不起作用[13]。為了維持有效的三線態(tài)葉綠素能量的淬滅，類胡蘿卜素跟葉綠素之間必須有適當(dāng)?shù)木嚯x和方向。當(dāng)類胡蘿卜素和葉綠素之間的距離和方向改變時(shí)，類胡蘿卜素對(duì)三線態(tài)葉綠素能量的淬滅就會(huì)減弱[14]。在這些條件下，當(dāng)O2在三線態(tài)葉綠素附近時(shí)，激發(fā)能就會(huì)從三線態(tài)葉綠素轉(zhuǎn)移到O2而形成1O2。比較PS Ⅱ 中單體和三聚體的天線蛋白，顯示單體的天線蛋白（Lhcb6>Lhcb5>Lhcb4）相比三聚體的天線蛋白（LHCII）會(huì)產(chǎn)生更多的1O2[13]。

當(dāng)由慢速電子轉(zhuǎn)移到QA和QB電子造成電子轉(zhuǎn)移在PS Ⅱ 電子受體端受限時(shí)，幾種類型的電荷重組[P680·+ QA·-]和

1[P680·+PheoD1·-]激進(jìn)電子對(duì)就會(huì)出現(xiàn)。當(dāng)[P680·+ QA·-] 電子對(duì)單獨(dú)地結(jié)合到P680的基態(tài)，電子反轉(zhuǎn)的從QA·- 轉(zhuǎn)移到 PheoD1就會(huì)形成初級(jí)的激進(jìn)電子對(duì)1[P680·+PheoD1·-]，自旋方向改變后要么重組到基態(tài)的P680，要么轉(zhuǎn)變?yōu)槿€態(tài)自由基3[P680·+PheoD1·-]。三線態(tài)自由基3[P680·+PheoD1·-]的重組會(huì)形成三線態(tài)葉綠素3P680*，使其不受弱耦合的葉綠素二聚體PD1和PD2的束縛[15-16]。試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，在低溫下三線態(tài)葉綠素位于ChlD1處[17]。3ChlD1要么直接由三線態(tài)自由基3[P680·+PheoD1·-]的電荷重組而形成，要么由三線態(tài)能量從3P680*轉(zhuǎn)移到ChlD1而形成。由于2種β-胡蘿卜素（CarD1和 CarD2）都遠(yuǎn)離葉綠素二聚體PD1和PD2，β-胡蘿卜素沒法淬滅三線態(tài)葉綠素3P680*的能量。

1.2高光脅迫下O2·-的形成

O2·-的形成是在PS Ⅱ電子受體端發(fā)生的，由O2減少1個(gè)電子而形成。脫鎂葉綠素（PheoD1·-）緊密地結(jié)合質(zhì)體半醌QA，與質(zhì)體半醌QB或QC松散結(jié)合，質(zhì)體醌和形成細(xì)胞色素b559的亞鐵作為O2的電子供體[18]。由于PheoD1·-有非常強(qiáng)的消極的氧化還原的潛力，O2極易被PheoD1·-還原；然而，其極短的半衰期使得擴(kuò)散對(duì)O2還原的限制變得不太合理。然而，由于O2和O2·-的濃度不同，O2/O2·-電子對(duì)的標(biāo)準(zhǔn)氧化還原電位由根據(jù)能斯脫方程向更正值的轉(zhuǎn)變，而O2被質(zhì)體醌受體變得可行[19]。對(duì)暴露在高光下的缺少Q(mào)A的D1/D2/cyt b559復(fù)合體體外分離產(chǎn)生的一個(gè)有意義的細(xì)胞色素（Ⅲ）還原率的觀察顯示PheoD1·-有能力去還原O2。用伏安法對(duì)分離的類囊體膜中O2·-的檢測顯示O2·-的產(chǎn)生是通過緊密結(jié)合質(zhì)體半醌QA 進(jìn)行的[20]。而目前的試驗(yàn)證據(jù)又顯示O2的還原是通過松散結(jié)合質(zhì)體半醌進(jìn)行的。有作者證實(shí)質(zhì)體半醌是通過質(zhì)體醌在QB處減少1個(gè)電子而形成的，質(zhì)體醌在QC位點(diǎn)由cyt b559進(jìn)行一電子氧化。把涉及在電子線性運(yùn)輸中的輔助因子分離開，cyt b559的LP形式的亞鐵血紅素顯示可以還原O2形成O2·-[21]。

研究表明，PS bS的缺失會(huì)導(dǎo)致在高光下產(chǎn)生更多的O2·-。PS bS的缺失可能導(dǎo)致QA/QA·-氧化還原電子對(duì)由中間氧化還原電位向更負(fù)的值轉(zhuǎn)變，從而增強(qiáng)由QA·-產(chǎn)生的O2·-的產(chǎn)量[22]。與受損傷的PS Ⅱ復(fù)合體在D1蛋白修復(fù)循環(huán)期間從基粒遷移到基質(zhì)片層有關(guān)聯(lián)的D1蛋白磷酸化顯示降低了O2·-的產(chǎn)生[23]。D1蛋白磷酸化導(dǎo)致D1蛋白構(gòu)象改變，進(jìn)而修飾質(zhì)體半醌與QB位點(diǎn)的松散結(jié)合。因此，QB位點(diǎn)的改變會(huì)帶來由松散結(jié)合的肢體半醌QB·-所產(chǎn)生的O2·-的減少。關(guān)于這個(gè)理論，Poudyal等在2016年又做了證實(shí)。他們研究證實(shí)在高光下，在STN8激酶被敲除的小鼠中O2·-的產(chǎn)生增強(qiáng)了[24]。O2·-的產(chǎn)生增強(qiáng)是由于缺乏由STN8激酶誘導(dǎo)的磷酸化導(dǎo)致的構(gòu)象改變。

1.3高光脅迫下H2O2的形成

H2O2是由O2·-的單電子還原和H2O在PS Ⅱ 電子受體端和供體端的雙電子氧化分別獨(dú)立形成的。H2O2由O2·-的單電子還原形成是發(fā)生歧化作用或者被質(zhì)體半醌所維持。在歧化作用中，2個(gè)O2·-同時(shí)被還原、氧化形成H2O2和O2。在自發(fā)的歧化作用中，2個(gè)分子的負(fù)電荷的排斥作用使得2個(gè)O2·-的相互作用受限制，而質(zhì)子化形式的超氧化物、超氧化氫自由基（HO2·-），無論是和O2·-還是和HO2·-的相互作用都是可行的。在酶的歧化作用中，O2·-的還原和氧化是由氧化還原活性金屬中心的氧化還原態(tài)的改變引起的，而氧化還原活性中心的金屬離子分別服務(wù)于超氧化物氧化酶（SOO）和超氧化物還原酶（SOR）。研究表明，O2·-與非血紅素鐵相互作用導(dǎo)致亞鐵的氧化和過氧三價(jià)鐵的形成，過氧三價(jià)鐵質(zhì)子化成鐵氫過氧化物種（結(jié)合過氧化氫）[25]。cyt b559的鐵和亞鐵血紅鐵分別顯示了SOO和SOR的活性[26-27]。除了歧化作用，PQ庫中游離的PQ·-被認(rèn)為也參與H2O2的形成。游離的PQ·-還原O2·-形成H2O2 [28]。研究證實(shí)在質(zhì)體醌庫中形成的H2O2調(diào)控高光下PS Ⅱ 捕光天線復(fù)合體的大小。此外，H2O2可能是由光敏劑產(chǎn)生的1O2與PQH2相互作用形成的。在類囊體膜處由PQH2還原1O2所形成H2O2可能會(huì)導(dǎo)致蛋白激酶STN7的二聚化，從而激活該酶。

當(dāng)H2O的四電子完全氧化成O2有限時(shí)，由H2O的雙電子氧化形成H2O2這種途徑是由Mn4O5Ca簇來維持的。然而，在H2O的四電子氧化成O2的過程中，所有的4個(gè)錳都有氧化還原活性，H2O不完全氧化成H2O2涉及2個(gè)有氧化還原活性的錳。H2O的雙電子氧化被提出涉及到S2向S0態(tài)的轉(zhuǎn)換或者S1向S-1態(tài)的轉(zhuǎn)換。有研究表明，結(jié)合于Mn4O5Ca簇氯化物的釋放能增強(qiáng)H2O2的形成[29]。對(duì)橋氧基的配位羥離子的親核攻擊被提出來作為氫過氧化物形成的一個(gè)有吸引力的模型。對(duì)羥離子的親核攻擊協(xié)調(diào)Mn（4）和Cl（2），橋氧基協(xié)調(diào)Ca形態(tài)的氫過氧化中間物。配位羥離子是由H2O基質(zhì)去質(zhì)子化、協(xié)調(diào)Mn（4）和Cl（2）形成的，橋氧基是由H2O基質(zhì)的雙去質(zhì)子化協(xié)調(diào)Ca形成的。錳協(xié)調(diào)的配位羥離子親核攻擊Ca協(xié)調(diào)的親電子的橋氧基，形成過氧化氫中間物替代Cl（2）來與Mn（4）協(xié)調(diào)。Cl（2）控制H2O基質(zhì)對(duì)Mn（4）的接近以及配位羥離子的親核性，進(jìn)一步控制配位羥離子和橋氧基的相互作用。H2O基質(zhì)，作為配位羥離子的前體物質(zhì)，當(dāng)Cl（2）結(jié)合位點(diǎn)因釋放水而對(duì)溶劑水開放時(shí)，進(jìn)入催化中心。

1.4高光脅迫下HO·的形成

羥自由基（HO·）是由H2O2在PS Ⅱ 的電子受體端和供體端的單電子還原形成的。游離H2O2單電子還原形成，在PS Ⅱ 電子受體端綁定過氧化物，這2個(gè)過程顯示分別由游離鐵離子和非血紅素鐵來維持[25]。研究證實(shí)由O2·-與亞鐵非血紅素鐵相互作用形成的過氧化物的還原可通過含氧亞鐵離子中間物形成HO·。

在PS Ⅱ 的電子供體端的單電子還原形成羥自由基可能是被Mn維持的。從熱力學(xué)的觀點(diǎn)來看，通過Mn的H2O2的還原是不可行的。有人提出通過Mn的H2O2的還原可通過以下2點(diǎn)變得在熱力學(xué)上更為有利：①M(fèi)n氧化還原電位的減少導(dǎo)致的Mn與蛋白的協(xié)調(diào)；②H2O2/HO·氧化還原電對(duì)標(biāo)準(zhǔn)氧化還原電位的增加導(dǎo)致腔體中pH的降低[30]?，F(xiàn)已證實(shí)由Cl導(dǎo)致的PS Ⅱ 膜耗盡相比正常的PS Ⅱ 膜顯示更高的HO·形成[29]。PS Ⅱ 電子供體端不完全的水氧化產(chǎn)生H2O2，H2O2還原形成HO·。

2高溫脅迫下活性氧的產(chǎn)生

當(dāng)PS Ⅱ 暴露在高溫脅迫下時(shí)，PS Ⅱ 活性的減少表示為熱失活的發(fā)生[31]。熱失活發(fā)生在PS Ⅱ 電子受體端和供體端。在PS Ⅱ 電子供體端，熱失活與水氧化抑制相聯(lián)系，伴隨著結(jié)合位點(diǎn)處的PSbO、PSbP和PSbQ蛋白以及Ca、Cl、Mn的釋放[32]。在PS Ⅱ 電子受體端，熱失活與電子從QA到QB轉(zhuǎn)移的抑制相關(guān)聯(lián)[33]。研究證實(shí)在QA/QA

·-氧化還原電對(duì)氧化還原中間電位的增加會(huì)抑制從QA到QB的電子轉(zhuǎn)移。相對(duì)于高光脅迫，在高溫脅迫下ROS的形成并不是由葉綠素吸收的能量驅(qū)動(dòng)的；而是與熱誘導(dǎo)的類囊體膜處結(jié)構(gòu)和功能的改變有關(guān)。在PS Ⅱ 電子受體端，由脂質(zhì)過氧化形成的高能量的中間物分解就形成了1O2。在PS Ⅱ 電子供體端，不完全的H2O氧化形成H2O2，在芬頓反應(yīng)中H2O2被Mn還原形成HO·。

2.1高溫脅迫下1O2的形成

1O2是由三線態(tài)能量轉(zhuǎn)移從3L*到 O2，O2是在脂質(zhì)過氧化的過程中由高能量的中間物二氧雜環(huán)丁烷或者四氧化物分解而產(chǎn)生的[34]。觀察發(fā)現(xiàn)由甘露醇形成的HO·的消除不會(huì)抑制1O2的形成，顯示脂質(zhì)過氧化不太可能由HO·起始[35]。有研究證實(shí)，在衣藻細(xì)胞中由鄰苯二酚和咖啡酸對(duì)脂肪氧合酶的抑制阻止了1O2的形成[36]。單線態(tài)氧被認(rèn)為是在脂質(zhì)階段、QB位點(diǎn)的附近形成的[2]。由基質(zhì)復(fù)合物的減少導(dǎo)致的PQ還原形成的PQH2可能產(chǎn)生ROS，進(jìn)而損傷D1蛋白[37]。

2.2高溫脅迫下H2O2的形成

H2O2是在PS Ⅱ 電子供體端H2O的雙電子氧化形成的。現(xiàn)提出外源性蛋白（PSbO、PSbP和PSbQ）的釋放最終導(dǎo)致H2O2的形成[38]。應(yīng)用amplex紅色熒光分析證實(shí)PS Ⅱ 膜暴露在高溫（40 ℃）會(huì)導(dǎo)致H2O2的形成[39]。研究證實(shí)氯化物競爭性試劑——醋酸鹽與Mn4O5Ca簇結(jié)合以及水通道的阻塞，會(huì)阻礙H2O2的形成。基于這些觀察，在與Mn4O5Ca簇結(jié)合位點(diǎn)附近的氯化物的釋放會(huì)導(dǎo)致水不可控的與Mn4O5Ca簇的易接近。維持對(duì)H2O的四電子氧化生成O2的控制，H2O與Mn4O5Ca簇的接近才能被控制。氯化物協(xié)調(diào)Mn4O5Ca簇附近的氨基酸控制H2O與金屬中心的接近，然后維持適當(dāng)?shù)腍2O的四電子氧化生成O2。然而，當(dāng)氯化物從它的結(jié)合位點(diǎn)釋放，H2O轉(zhuǎn)移到Mn4O5Ca簇是自由的，O2不完全氧化生成H2O2就會(huì)發(fā)生。藍(lán)細(xì)菌（Thermosynechococcus vulcanus）的PS Ⅱ 晶體結(jié)構(gòu)顯示2個(gè)氯化物分別在距離Mn4O5Ca簇6.67 和7.40 的位置[40]。為了避免氧化周圍的氨基酸，擴(kuò)散到內(nèi)腔的H2O2被限制在通道中。H2O2作為類似于H2O的一個(gè)較大的極性分子，H2O2擴(kuò)散到內(nèi)腔很有可能是通過水通道。當(dāng)H2O2通過水通道滲出，它可能與Mn相互作用而形成HO·。

2.3高溫脅迫下HO·的形成

羥自由基是在PS Ⅱ 電子供體端由H2O2的單電子還原形成的。應(yīng)用EPR自旋捕獲光譜學(xué)證實(shí)PS Ⅱ 膜暴露在高溫下會(huì)導(dǎo)致HO·的形成[35]。研究證實(shí)HO·的產(chǎn)生能完全被外源的過氧化氫酶和金屬螯合劑抑制，顯示HO·的形成是通過金屬催化的芬頓反應(yīng)進(jìn)行的。此外，對(duì)外源鈣和氯化物的添加阻止了HO·形成，HO·是通過Mn4O5Ca簇產(chǎn)生的。亦有研究證實(shí)，沒有Mn4O5Ca簇的PS Ⅱ 膜不會(huì)有HO·產(chǎn)生[2]。在Mn4O5Ca簇的結(jié)合位點(diǎn)附近用醋酸鹽代替氯化物以及水通道的堵塞以與H2O2一樣的形式阻礙了HO·的形成，根據(jù)這些提出了氯化物在HO·的形成過程中有重要作用的假設(shè)[39]。研究者提出由不完全的H2O氧化形成的H2O2，通過芬頓反應(yīng)、在從Mn4O5Ca簇釋放的游離Mn調(diào)解下被還原成HO·。在高溫下，Mn從它的結(jié)合位點(diǎn)的釋放是利用原子吸收作用[41]和EPR光譜學(xué)[42-43]。用X射線吸收光譜的研究表明，Mn4O5Ca簇的分解發(fā)生在2個(gè)步驟[43]：第1步，2個(gè)Mn從它們的結(jié)合位點(diǎn)釋放進(jìn)入內(nèi)腔，留下2個(gè)Mn通過1個(gè)雙-μ-含氧的橋連接；第2步留下的2個(gè)Mn從PS Ⅱ 釋放。

3ROS在氧化損傷中的作用

在高溫下，蛋白質(zhì)和脂類可能被在PS Ⅱ 形成的ROS所氧化。PS Ⅱ 蛋白被證實(shí)按以下順序被氧化修飾：D1 > D2 > Cyt b559 > CP43 >CP47>Mn4O5Ca簇[44]。內(nèi)腔中氨基酸的氧化暴露了D1蛋白的AB環(huán)，形成了24 kD的C末端和9 kD N末端碎片，然而，基質(zhì)中氨基酸氧化暴露D1蛋白的D-de環(huán)形成23 kD N末端和9 kD C末端碎片[45]。用質(zhì)譜分析法對(duì)D1蛋白中氨基酸的自然氧化的鑒定顯示是在ROS產(chǎn)生位點(diǎn)附近發(fā)生的[46-47]。D1蛋白的氧化是在體外研究的，關(guān)于體內(nèi)D蛋白的氧化證據(jù)有限[48]。D1蛋白的一個(gè)有效的修復(fù)循環(huán)包括損傷D1蛋白的水解和新合成的D1蛋白替換原來損傷的D1蛋白，這對(duì)于維持PS Ⅱ 的可行性是必需的[49-50]。參與高光下PS Ⅱ 蛋白損傷的ROS會(huì)抑制蛋白的重新合成，以翻譯的延伸因子為其攻擊的初始靶位點(diǎn)[3]。然而，考慮到有限的ROS的擴(kuò)散，更可能的是在基質(zhì)中產(chǎn)生的ROS可能在D修復(fù)循環(huán)中氧化翻譯的延伸因子。由于類胡蘿卜素缺乏有效的三重態(tài)能量激發(fā)的捕獲，因而在PS Ⅱ 蛋白損傷過程中從結(jié)合位點(diǎn)釋放到基質(zhì)的葉綠素或者是葉綠素合成過程中的葉綠素前體是1O2合成的可能“候選者”。為了避免1O2的形成，沒有束縛的葉綠素可能暫時(shí)協(xié)調(diào)光誘導(dǎo)的蛋白。已有研究證實(shí)小的CAB相似蛋白在PS Ⅱ 損傷的過程中可以阻止1O2的形成，很可能是通過與從受損傷的PS Ⅱ復(fù)合體釋放的葉綠素相結(jié)合而進(jìn)行的[51]。與膜蛋白結(jié)合的脂類會(huì)被ROS氧化。1O2起始的脂質(zhì)過氧化包含1O2嵌入到多不飽和脂肪酸的雙鍵中，然而HO·起始的脂質(zhì)過氧化是通過從多不飽和脂肪酸的抽氫反應(yīng)進(jìn)行的。初級(jí)（LOOH）和二級(jí)（LOH、RCS和激發(fā)態(tài)分子）的脂質(zhì)過氧化產(chǎn)物都是在高光下形成的。在植物擬南芥中羥脂肪酸的形成證實(shí)了這點(diǎn)[5]。1O2對(duì)多不飽和脂肪酸的氧化導(dǎo)致LOOH的形成，進(jìn)一步形成LOH的同分異構(gòu)體（10-HOTE和15-HOTE）。

在高溫下，ROS氧化蛋白質(zhì)和脂類。已有研究表明，類囊體膜暴露在高溫下會(huì)導(dǎo)致D1蛋白的剪切，形成9 kD C末端和23 kD N末端碎片，F(xiàn)tsH蛋白酶涉及到高溫下D1蛋白的剪切中[52]。有研究表明，通過在QB位點(diǎn)與在脂質(zhì)過氧化中形成的LOO·結(jié)合形成的1O2， 通過與D1蛋白的D-de環(huán)以一種與在高光下相似的方式相互作用導(dǎo)致D1蛋白的降解[2]。雖然內(nèi)源ROS對(duì)PS Ⅱ 蛋白的氧化損傷的試驗(yàn)證據(jù)已在體外獲得，但是高溫下體內(nèi)PS Ⅱ 蛋白損傷情況尚不明確。除了涉及到PS Ⅱ 蛋白氧化損傷中的ROS，也提出ROS抑制高溫下蛋白的重新合成。脂質(zhì)過氧化與RCS相關(guān)[4]。在高溫脅迫下，植物擬南芥中會(huì)有丙二醛形成。

4結(jié)語

植物在自然界中經(jīng)常會(huì)遭受各種脅迫，從而影響它們的生存和生長。由于光合作用的光反應(yīng)被抑制會(huì)在其他細(xì)胞功能被損傷前發(fā)生，因此研究高光對(duì)光合作用的影響具有重要意義。在自然界中，植物會(huì)同時(shí)受到多種脅迫，高光強(qiáng)脅迫又與造成全球變暖的高溫脅迫相關(guān)。已有研究主要集中在高光、高溫或者這2個(gè)脅迫下光合復(fù)合體結(jié)構(gòu)和功能的改變。研究通過PS Ⅱ 的ROS形成的分子機(jī)制有助于了解植物在高溫和高光脅迫下對(duì)環(huán)境的適應(yīng)過程。

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