借助蛋白质工程技术的帮助，使我们不断加深着对光合微生物利用太阳能氧化水的分子机制的理解。两个研究小组各自报道了最新的研究成果，鉴别确定了处于反应中心的一个氨基酸残基，可能关系到电子从水分裂的复合物向主要氧化剂p680⁺的传递。

光合微生物使水氧化向大气中释放分子氧，这是所有动物赖以生存的过程。水被氧化的结果，每产生一分子氧，分别产生4个氢离子（H⁺）和4个电子（e^-）：

这样产生的氢离子和电子，不能形成氢分子，而是把大气中的二氧化碳还原成有机化合物。

使水分裂的可见光的光子，被一种位于膜内称为光系统ps2的色素吸收，这是一种蛋白质复合物，由两个功能单位构成；一个是光化学活性反应中心；另一个是由几百个叶绿素分子组成的光吸收系统，起到反应中心的“天线”的作用。天线叶绿素内受到的“激发”，被很快地传递到光化学活性位点上，出现分离的充电现象：

p680是与天线系统不同的一种形式的叶绿素；phe是一个脱镁叶绿素分子；Z是p680⁺的主要电子供体。Z⁺的氧化还原势必定很高，约为+1 V，充当水的有效氧化剂角色。电荷要经过4次循环，产生的氧化当量才能满足一个氧分子的需要。需要的电荷积累，如Joliot和kok的模式所描述的那样。

各种s态的电荷积累，涉及到至少是2，也许是4价的变化，锰原子被结合进讲2复合物中。但至到现在，还没能鉴别出Z，它的存在，是用了电子顺磁（EPR）分光技术，并用了g=2.0046这一分裂值进行探测的。然而当停止光照时，处于g值时的EPR信号，在动力学上分成了截然不同的两个相。一个是z⁺减弱的快相，另一个是由另一化合物D⁺指示的慢相。对后一种氧化剂并不了解，但它并不是直接包括在电子向p680转移的“主线”中。然而它的能力，是把黑暗中的S₀转化为S₁，并且以它非氧化的形式，引起黑暗中S₂和S₃的还原。所有作用，是在黑暗中积累S₁。提出的证据说明，Z⁺和D⁺是被紧紧结合进Ps2复合物中的醌分子基团。但近来一些细致的研究结果指示，以前的证据并不正确，几乎可以确信Z和D是ps2反应中心多肽中的酪氨酸残余物。

正如我以前所报道的那样，现在已经确定，p680和phe被结合进由两个多肽D₁和D₂组成的一种复合物中。按照氨基酸顺序相似性，所形成的杂二聚体的结构，很可能和紫细菌的反应中心的L和M亚单位的结构非常相似。因为紫细菌反应中心空间结构原子距离的分辨率是已知的，这就有可能根据发色团的结合位点而对氨基酸同源性的重要性进行估测。然而，紫细菌反应中心与ps2不同，不能引起水的氧化，所以不能形成Z⁺和D⁺指示的EPR信号。

用放射碘所做的实验结果暗示Z和D可能是位于D₁和D₂多肽中的酪氨酸残基。近来这种观点得到了巴里（Barry）和巴布科克（Babcock）的进一步证实。他们采用氘化的酪氨酸培养含氧蓝细菌（Synechocystis），在氨基酸不被降解条件下，加进微生物的蛋白质中。发现，在g=2.0046 EPR信号线长正常为20高斯，在添加了氘化氨基酸的微生物中降到了7高斯。结果和酪氨酸残基引起的Z⁺和D⁺EPR信号指示的结果相符。早期的碘化实验指示，Z处于D₁上，D处于D₂上面，说明了在两个多肽之间，有一个酪氨酸恒定存在。事实上，D₁/ D₂杂二聚体，很可能具有相似于紫细菌系统L/M亚单位的结构，处在160位上或者161位上的酪氨酸残基，看来很可能就是Z和D的对应物，的确，这种观点得到支持。没有如此多的酪氨酸，以这种方式出现在L和M多肽上面。

最近，两个研究小组分别利用了蓝细菌的可转化菌株，应用了定点突变技术，对D进行了精确鉴别。密执安大学的德布斯（Debus）及其同事，把D₂多肽160位上的酪氨突变为苯丙氨酸，发现产生的突变体缺乏D⁺EPR指示信号。亚利桑那大学的凡玛斯（Vermaas）及其同事，获得了同样的但更加精确的结果。另外，使D₂160位上的Tyr突变成phe，还同时使159位上的侧翼甲硫氨酸变成精氨酸。后种突变与160位上的Tyr向phe的基因转变不同，并不能使D⁺EPR指示信号消失。

两个小组都注意到Tyrl60向phe突变体能够使光合成能力提高，但较野生型微生物的合成能力降低。凡玛斯及其同事认为，这种光合成速度的降低，并不是由电子从Z向p680运动的改变所引起，也不是因为p680反应中心密度的增加。由此可见，D⁺对于光合成活性并非绝对必要；但它可以起到维持代谢最佳化的作用。

从这项工作中可以得出极为重要的结论，D⁺是处于蓝细菌D₂多肽160位上的一个酪氨酸残基。几乎可以肯定，Z和D₁多肽上的酪氨酸有对应关系。通过模拟L和M亚单位的结构，酪氨酸似乎是处在两个反应中心多肽膜的螺旋线上的三分之一位置上，离开膜表面的距离，可以和由p680所预测的相当，假定位于认D₁和D₂的198位上的组氨酸和组成主要电子供体的叶绿素形成配位体的话。

尤其令人吃惊地是，相同环境条件下的D₁和D₂的两个酪氨酸，可以造成Z和D的氧化还原动力学上的戏剧性差别。所以，这是在清楚阐明了的紫细菌的细菌叶绿素和细菌脱镁叶绿的光合反应中心内的结构对称化合物之间，主要功能差别的另一个显著例子。

[Nature，332卷1988年3月10日］