[科普中國]-光介導(dǎo)ATP合成

又稱紫膜光合磷酸化作用。嗜鹽菌在無氧條件下，利用光能所造成的紫膜蛋白上視黃醛輔基構(gòu)象的變化，可使質(zhì)子不斷驅(qū)至膜外，從而在膜兩側(cè)建立一個質(zhì)子動勢，再由它來推動ATP酶合成ATP，此即光介導(dǎo)ATP合成。這是一種直至1970年代才發(fā)現(xiàn)的、只在嗜鹽菌中才有的無葉綠素或菌綠素參與的獨特光合作用。嗜鹽菌是一類必須在高鹽(3.5～5.0mol/L NaCl)環(huán)境中才能正常生長的古生菌，廣泛分布在鹽湖、曬鹽場或鹽腌海產(chǎn)品上，常見的咸魚上的紅紫斑塊就是嗜鹽菌的細(xì)胞堆。主要代表有鹽生鹽桿菌、鹽沼鹽桿菌和紅皮鹽桿菌等。

簡介又稱紫膜光合磷酸化作用。嗜鹽菌在無氧條件下，利用光能所造成的紫膜蛋白上視黃醛輔基構(gòu)象的變化，可使質(zhì)子不斷驅(qū)至膜外，從而在膜兩側(cè)建立一個質(zhì)子動勢，再由它來推動ATP酶合成ATP，此即光介導(dǎo)ATP合成。這是一種直至1970年代才發(fā)現(xiàn)的、只在嗜鹽菌中才有的無葉綠素或菌綠素參與的獨特光合作用。1

作用機(jī)理嗜鹽菌是一類必須在高鹽(3.5～5.0mol/L NaCl)環(huán)境中才能正常生長的古生菌，廣泛分布在鹽湖、曬鹽場或鹽腌海產(chǎn)品上，常見的咸魚上的紅紫斑塊就是嗜鹽菌的細(xì)胞堆。主要代表有鹽生鹽桿菌、鹽沼鹽桿菌和紅皮鹽桿菌等。1

H.halobiium是一種能運動的桿菌，因在細(xì)胞內(nèi)富含類胡蘿卜素而使其呈紅色、桔黃色或黃色。從該菌細(xì)胞膜的制備物中可分離出紅色與紫色兩個組分，前者主要含紅色類胡蘿卜素、細(xì)胞色素和黃素蛋白等用于氧化磷酸化反應(yīng)的呼吸鏈載體成分，一般稱紅膜，后者則在膜上呈斑片狀獨立分布，每斑直徑約0.5 μm，其總面積約占細(xì)胞膜的50%，這就是能進(jìn)行獨特光合作用的紫膜。紫膜由稱作細(xì)菌視紫紅質(zhì)(或細(xì)菌紫膜質(zhì))的蛋白質(zhì)(占75%)和類脂(占25%)組成，前者與人眼視網(wǎng)膜上柱狀細(xì)胞中所含的一種功能相似的蛋白質(zhì)——視紫紅質(zhì)十分相似，兩者都以紫色的視黃醛作輔基。1

過程目前認(rèn)為，細(xì)菌的視紫紅質(zhì)的功能與葉綠素相似，能吸收光能，并在光量子的驅(qū)動下起著質(zhì)子泵作用。這時，它將反應(yīng)中產(chǎn)生的質(zhì)子一一逐出細(xì)胞膜外，從而使紫膜內(nèi)外形成一個質(zhì)子梯度差。根據(jù)化學(xué)滲透學(xué)說，這一梯度雅(即質(zhì)子動勢)在驅(qū)使H通過ATP酶的孔道進(jìn)入膜內(nèi)以達(dá)到質(zhì)子平衡時，就會產(chǎn)生ATP。當(dāng)環(huán)境中氧氣濃度很低時，嗜鹽菌無法利用氧化磷酸化來滿足其正常的能量需要，這時，若光照條件適宜，它就能合成紫膜，并利用紫膜的光介導(dǎo)ATP合成機(jī)制獲得必要的能量。1

應(yīng)用嗜鹽菌紫膜光合磷酸化的發(fā)現(xiàn)，使人們對光合作用類型的了解增添了新的內(nèi)容，對光合作用機(jī)制的認(rèn)識也進(jìn)入了一個更深的層次。紫膜的光合磷酸化是迄今所知道的最簡單的光合磷酸化反應(yīng)，這是驗證化學(xué)滲透學(xué)說的絕好實驗?zāi)Ｐ?。對其機(jī)制的深刻揭示，將是生命科學(xué)基礎(chǔ)理論中的又一重大突破，并無疑將會對人類的生產(chǎn)實踐包括太陽能的高效利用和海水的淡化等事業(yè)帶來革命性的影響。1

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

李麗霞 - 博士 - 西北農(nóng)林科技大學(xué)