光系统Ⅱ光驱动CO_(2)同化的光合作用

查看全文 作　　者：[1]李跃辉 [1]司端惠 [2]王旺银 [3]薛松 [1]商文喆 [3]迟占有 [2]李灿索引[1]郝策 Govindjee [4]Govindjee [1]史彦涛

机构地区：[1]大连理工大学化工学院化学系,智能材料化工前沿科学中心,精细化工国家重点实验室,中国辽宁大连116024;[2]中国科学院大连化学物理研究所,催化基础国家重点实验室,洁净能源国家实验室(筹),中国辽宁大连116023;[3]大连理工大学生物工程学院,中国辽宁大连116023;[4]伊利诺伊大学厄巴纳香槟分校,生物化学系,植物生物学系和生物物理学与定量生物学中心,美国伊利诺伊州

出　　处：《Chinese Journal of Catalysis》索引2023年第44卷第1期,共10页

基　　金：国家自然科学基金(51773025,21677029,22088102);辽宁省兴辽英才青年拔尖人才项目(XLYC2007038,XLYC2008032);中央高校基础研究经费(DUT22LAB602). 摘　　要：光合作用作为地球上最重要的化学反应,是一切生命活动赖以生存的基础.光合作用分为光反应和暗反应两个阶段.通常认为,光反应阶段产生O2,暗反应阶段CO_(2)被还原(也称“CO_(2)同化”).尽管这一观点已被公众所熟知,但也存在诸多疑点,一些科学家(包括1931年的诺贝尔生理学或医学奖得主OttoWarburg)认为,CO_(2)也可能在光反应阶段作为反应底物参与了产氧并被还原.然而,该观点至今没有在实验上获得充足的证据支持.那么,在光反应阶段是否能够进行CO_(2)同化?如果能够发生,产物和机理是什么?毫无疑问,这些科学问题具有十分重要的研究价值,对这些问题的探索能帮助我们更加充分认识光合作用机制.然而,自上世纪十年代以来,相关研究已陷入停滞状态.为了解开光合作用领域的这个重要科学谜团,即在光合作用中CO_(2)是否能通过光反应被还原,本文选取三类不同层次的光合作用体系(小球藻、叶绿体、PSII中心复合体)为研究对象,结合原位质谱、气相色谱和同位素标记等手段,设计了一系列实验,排除了呼吸作用和其它因素干扰,实验发现在光反应阶段PSII中心复合体不但产生O2,还能产生C1化合物CH_(3)OH.^(13)CO_(2)和C^(18)O2标记实验结果表明,CH_(3)OH来源于CO_(2)光还原,排除了CH_(3)OH来自于光呼吸或细胞壁果胶脱甲基分解的可能.说明光合作用光反应阶段能够进行CO_(2)还原,反应场所是PSII中心复合体,这与CO_(2)的同化只能发生在暗反应阶段的传统观点相矛盾.因此,除了非光依赖性CO_(2)同化这一已知路径外,还有一条未知的光驱动CO_(2)同化路径.进一步推测,这种CO_(2)光还原路径可能与暗反应下的CO_(2)同化同时进行.目前,对这种光驱动下CO_(2)同化机制仍需进一步深入研究.综上,本文丰富了人们对光合作用机理以及CO_(2)同化路径的认知,并为长期以来存在争议的CH_(3)OH来源问题提供了新解释. 关键词：光合作用 PSII中心复合体光反应 CO_(2)同化甲醇

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