GTP bound to chloroplast thylakoid membranes is required for light-induced, multienzyme degradation of the photosystemⅡD1 protein

CORNELIA SPETEA, TORILL HUNDAL, FELIX LOHMANN, AND BERTIL ANDERSSON

Proc. Natl. Acad. Sci. USA, Vol. 96, pp.6547-6552, May 1999

學生： 林敏如 (884246)

摘要：

光是光合作用的能量來源，但其亦會對植物造成傷害。裂解水的PhotosystemⅡ就是光壓力最易受到破壞的地方。光會導致光合作用電子傳遞的終止，以及造成PhotosystemⅡ反應中 心的光氧化傷害。所以為了生存，植物有一修復機制，就是將已受光傷害之反應中心的D1蛋白加以分解及取代。藉由以分離出的葉綠體葉綠囊膜及PhotosystemⅡ core complexes為材料的實驗，可得到以下關於D1蛋白turnover的結論：
  1. D1蛋白分解的第一步驟需要GTP的參與，且會造成D1蛋白N'端片段(23-kDa)的累積。
  2. 一般情形下的D1蛋白分解會被nonhydrolyzable GTP analogues 及apyrase抑制，表示在葉綠囊膜上原本就存在有緊密結合的GTP。
  3. 23-kDa片段的分解需要ATP及Zn的參與。
  4. D1蛋白的分解有多種酵素參與，且可分為兩階段：strategic (primary) protease及cleaning-up (secondary) protease。
  5. Chloroplast FtsH protease可能參與第二階段的分解。
這篇paper的重要性除瞭解了植物對光抑制作用的修復機制外，其對葉綠囊膜上原本就有緊密結合之GTP的發現，亦對光合作用膜的調節反應及訊息傳導提供了一些想法。

Reference:

  1. Aro, E.-M., Hundal, T., Carlberg, I. & Andersson, B. (1990) Biochim. Biophys. Acta 1019, 269-275.
  2. Rhee, K. H., Morris, E. P., Barber, J. & Kuhlbrandt, W. (1998) Nature 396, 283-286.
  3. Vass, I., Styring, S., Hundal, T., Koivuniemi, A., Aro, E.-M. & Andersson, B. (1992) Proc. Natl. Acad. Sci. USA 89, 1408-1412.

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