螺旋藻变藻蓝蛋白发色团间相互作用机理研究

本文发现从螺旋藻(Spirulina platensis)中分离出的变藻蓝蛋白三聚体(αβ)_3在解聚为单体(αβ)时,伴随着明显的光谱学特性的变化。我们利用稳态和皮秒(10~(12)S)瞬态光谱学的方法研究了导致变藻蓝蛋白单体(αβ)和三聚体(αβ)_3光谱学差别的发色团之间的相互作用。计算了变藻蓝蛋白中发色团的吸收和发射跃迁偶极矩之间的夹角。尝试性地建立了用以解释变藻蓝蛋白内发色团之间的相互作用的激子相互作用和弱偶极相互作用的机理模型。     

条斑紫菜R-藻红蛋白及其晶体学的初步研究

从条斑紫菜(Porphyra yezoensis)中提取的天然R-藻红蛋白,在pH为7.5的0.05mol/L磷酸钾缓冲液中分子量为230000(23000)D;吸收光谱最大峰位于565nm,498nm及肩峰540nm;荧光发射最大峰位于578nm,正在进行中的X射线单晶衍射研究表明它结晶于菱面体空间群R3,按六方格子指标的晶胞参数为:a=6=187.5(2.5)和c=60.0(3.0);测定了晶体和母液的密度分别是1.215g/cm~3和1.070g/cm~3;蛋白质占据晶体体积的51.5％;讨论了在菱面体格子中晶体学不对称单位内可能包含分子量不大于8×10~4D的(αβ)_2的二聚体,在六方晶胞中三个直径为108,高为60的圆柱体状的分子,按空间群的对称性堆积成晶体。     

条斑紫菜的藻胆蛋白的研究——Ⅰ.R-藻红蛋白的物理和免疫化学性质

本文证明条斑紫菜中有两种物理性质不同的藻红蛋白。它们的分子量各不相同。它们都由α-亚单位和β-亚单位组成。其聚集体形式是(αβ)_n。小分子形式的吸收峰和荧光峰比大分子的向短波长移动几毫微米;等电点较大分子的低。特别是,小分子形式的能够与豚鼠抗猪胰岛素血清结合。在放射免疫法中,当抑制~(125)I-胰岛素的结合率达50％时,R-藻红蛋白小分子需要量是0.1mg左右,相当于平行实验用的胰岛素约8微单位(26单位相当于1mg胰岛素)。     

纳米金粒子与R-藻红蛋白的相互作用

以NaBH4为还原剂, 采用化学还原法制备了纳米金溶胶, 发现以pH=7的金前驱液还原得到的纳米金粒子具有最强的紫外吸收(525 nm), 当以聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为稳定剂时, 此吸收紫移到510 nm. TEM观察金粒子大小为5~8 nm. PVP、聚乙烯醇(PVA)和吐温-80等能较好地稳定纳米金粒子, 而十二烷基苯磺酸钠、PEG-1000和OP乳化剂等则没有稳定作用. 以紫外-可见光谱(UV-Vis)、X光荧光光谱(XRF)、透射电子显微镜(TEM)等研究了纳米金粒子与R-藻红蛋白的相互作用, 发现R-藻红蛋白本身对纳米金粒子具有良好的稳定作用. 当R-藻红蛋白与纳米金粒子共存时, R-藻红蛋白所具有的538 nm吸收带强度有所增强, 并发生紫移, 同时578 nm的荧光强度也明显减弱, 这表明R-藻红蛋白与纳米金粒子的相互作用对R-藻红蛋白的空间结构产生了影响, 导致位于R-藻红蛋白外缘藻红素发色团(PEB)的微环境发生了改变. 凝胶柱层析及分光光度分析结果进一步证实了金纳米粒子与藻红蛋白存在明显的相互作用, 这种相互作用可能与藻红蛋白分子中所包含的氨基基团有关.     

红藻条斑紫菜R-藻红蛋白中的能量传递过程

本文通过对条斑紫菜R-PE(藻红蛋白)及其α-β-γ亚基的吸收光谱和荧光光谱进行计算机解叠,研究了R-PE内发色团之间的能量传递过程,并对R-PE及亚基内的各发色团进行了“s”和“f”型的指认。发现在亚基中为“f”型的发色团在R-pE(αβ)₆γ中起着“s”型发色团的作用,且将能量传递给最后的“f”型发色团。荧光激发偏振光谱进一步证明了R-PE内的能量转移过程与计算机解叠的结果一致。     

坛紫菜中R-藻红蛋白的色谱纯化及性质研究

从坛紫菜藻胆蛋白粗提液中分离纯化R-藻红蛋白,经过两次不同柱长规格的自制羟基磷灰石柱层析和一次DEAE-Sepharose Fast Flow离子交换层析,获得了较高纯度的R-PE(A565 nm/A280 nm＞5.3),测定了R-PE的紫外可见吸收光谱和荧光光谱,用SDS-PAGE测定了组成R-藻红蛋白各亚基的分子量.对R-PE在不同的pH和温度环境协同影响下的荧光稳定性进行了研究,摸索了R-PE的长期有效保存的方法并探讨了(NH4)2SO4的保护机理.     

变藻蓝蛋白中能量传递过程的计算机模拟

藻胆体的变藻蓝蛋白 (allophycocyanin ,APC)核外联天线杆 ,内接光合反应中心 ,在能量传递中起着承上启下的作用 .根据X射线晶体结构数据和变藻蓝蛋白亚基的吸收和荧光光谱 ,以计算机模拟方法研究变藻蓝蛋白单体和三聚体中的能量传递过程 .计算结果表明 :变藻蓝蛋白单体中两个亚基之间能量传递性质与C 藻蓝蛋白 (C phycocyanin ,C PC)相似 ;而在三聚体时则与C 藻蓝蛋白三聚体有根本的区别 .无论什么聚集态 ,C 藻蓝蛋白中β84色团总是主要的荧光发射体 ;而在变藻蓝蛋白中α84则成为主要的荧光发射体 .这与C 藻蓝蛋白中能量传递的基本单元是六聚体而在变藻蓝蛋白中为三聚体的事实一致 .由此可以推断变藻蓝蛋白中 2个三聚体是以α84相接的面面接近方式 ,因而 2个三聚体间能量传递主要靠α84色团实现 .变藻蓝蛋白这种特殊性是保证其高效传能功能的关键     

甜菜碱与藻胆蛋白超分子复合体相互作用的分子机制

甘氨酸甜菜碱是具有重要生物学意义的生物小分子,它可以保护细胞、蛋白和酶的结构功能完整性,也会导致蛋白超分子结构松散、功能钝化,这两种相反作用的分子机制尚不清楚．本文以超分子藻胆蛋白和藻胆体为模型,证明甜菜碱导致超分子藻胆体结构松散、各组份能量失耦合,最敏感的作用位点是核．膜连接多肽,其次是杆一核连接多肽．C－藻蓝蛋白三聚体与单体对甜菜碱的相应完全不同,前者结构松散而后者相对聚集．甜菜碱屏蔽静电吸引力导致结构松散但强化基元蛋白之间的疏水作用力是两种相反现象的本质,甜菜碱最终导致C－藻蓝蛋白三聚体和单体相同的光谱特征是两种机制的“折中”．     

光合原初过程的计算机模拟研究——Ⅴ.藻红蓝蛋白中的能量传递

用计算机模拟方法研究藻红蓝蛋白中的能量传递过程。藻经蓝蛋白(PEC)的结构与C-藻蓝蛋白(C-PC)相似,因而两者表现出若干相似的性质;二蛋白之间的主要差别在于。亚基上的色团,在PEC中它是藻紫胆素色团,在C-PC中它是藻蓝胆素色团。这一差别,使PEC中的能量传递过程表现出特殊性。模拟计算结果表明:(1)PEC中的0_(84)色团成为比B_(155)色团功能更强的增感色团,它把能量转移到其它色团,本身极少发荧光。(2)PEC三聚体中仅有相邻单体中的0_(84)→B_(84)的传递时间常数小于1ps,因此,用fs(飞秒)级时间分辩光谱应能准确地得到这一传递的时间常数。(3)由于醚_(84)的特性,使其它色团的作用也相对地发生了变化,PEC中的1B_(155)→6B_(155)传递途径成为联系两个三聚体间能量传递的主要通道;p_(84)和e_(155)发射荧光份数都比C-PC时有很大的增加,其中,80％的总荧光由B_(84)色团发射。(4)由于p_(84)→o_(84)的传递的效率降低,快速传递对中二色团间的激发能传递次数比在C-PC中有很大的减少。(5)相比而言,PEC要比C-PC能更好地吸收与利用光能。     

藻胆蛋白的Langmuir-Blodgett膜——Ⅱ.R-藻红蛋白的光电化学性质研究

通过由R-藻红蛋白(R-PE)LB膜组成的光电池,研究了R-PE的电荷转移现象及光电化学行为.实验表明,由R-PE LB膜组成的光电池能产生光生电流,且当电解质溶液中存在电子给体和受体时光电流明显增大,说明R-PE光生电流的产生是由电荷转移引起的.进一步的对比实验说明,其光生电流是来源于蛋白所含发色团的光诱导电荷分离性质;光电流作用光谱也进一步证实了上述观点.当电解质溶液中存在或不存在电子给体时,光电流方向总是流向饱和甘汞电极(SCE),说明电子是从R-PE注入SnO_2光学透明电极(SnO_2 OTE)的导带;当电解质液中存在电子受体时,光电流方向总是流向SnO_2 OTE,说明这时电子是从SnO_2电极的导带注入R-PE分子.据此提出了R-PE光诱导电荷转移的机制.经测定由R-PE LB膜组成的光电池的光电转换量子效率Ф_(520MM)=3.4%,光生电势达400mV,且具有很好的光学稳定性,这说明R-PE是优良的生物光电转换功能材料.实验中,还测定了电解质溶液pH值,电子给体浓度,蛋白LB膜层数及光照时间对R-PE光电流的影响.     

B-藻红蛋白多层复合薄膜的静电组装及其光谱特性

B-藻红蛋白是一种理想的生物光电材料.利用静电组装技术制备了聚二甲基二烯丙基氯化铵(PDDA)与B-藻红蛋白组装的多层复合薄膜.对薄膜的可见吸收光谱和荧光光谱进行了分析,结果表明:与B-藻红蛋白在溶液中的光谱特征相比,B-藻红蛋白在薄膜上的最大吸收峰由545 nm红移至553 nm,并在573 nm处产生了延迟荧光现象,且薄膜的最大吸光度和光致发射强度均与组装层数呈线性递增关系.随着薄膜组装层数的增加,倒置荧光显微镜能很好地观察到B-藻红蛋白在薄膜上出现明显的聚集体.     

制备聚电解质空腔胶囊及其荧光蛋白装载

以三聚氰胺甲醛(MF)微粒为模板,采用逐层静电自组装技术交替吸附聚苯乙烯磺酸钠(PSS)和聚烯丙基胺盐酸盐(PAH),得到具有核壳结构的复合式微球,然后通过pH=1的盐酸溶液除去中心模板,得到直径约为3～4μm的空腔胶囊.使用藻红蛋白作为探针分子,通过比较空腔胶囊装载前后荧光强度的变化,发现pH在4～5之间时,胶囊呈现最大的蛋白装载量.pH在6～10的范围内,藻红蛋白在胶囊上的装载量几乎不变.pH3时,装载能力很差.此外,通过荧光共聚焦显微镜对不同pH条件下的蛋白装载规律进行了成像分析.一部分藻红蛋白在pH=4的条件下通过扩散进入了胶囊的内部,而pH=7的条件下,藻红蛋白不进入胶囊内部,而是吸附在表面.     

C-藻蓝蛋白复合物能量传递过程动力学

藻类天线系统是多种藻胆蛋白和连接蛋白巧妙构成的有机功能体 .目前藻类天线系统中多种藻胆蛋白高分辨晶体结构已获得测定 ,但这些结构只是来源于孤立态的藻胆蛋白 ,因而 ,藻胆蛋白复合物的研究是了解不同藻胆蛋白之间联系的有效途径 .鉴于目前实验方法的困难 ,利用计算机模拟方法研究了C 藻蓝蛋白复合物内能量传递过程 .计算结果显示出复合物内能量传递的主要途径和动态性质 ;同时通过系统内 2个C 藻蓝蛋白六聚体盘之间激发能传递随时间的分布 ,发现快速的激发能盘间传递过程 .根据时间分辨光谱对激发能传递时间的定义 ,当以零时刻理想δ脉冲光激发第 1个盘中的色团时 ,第 2个盘内激发能上升时间仅几个皮秒 ;第 3盘的激发能上升时间小于 2 0ps .这些结果第一次直观显示出盘间传递的快速过程 ,为完整藻类天线内进行的快速、高效的能量传递提供了合理的解释 .     

三种金属硫蛋白聚合物静电效应的研究

考察了三种金属硫蛋白(大鼠金属硫蛋白亚型II,兔肝金属硫蛋白亚型I和兔肝金属硫蛋白亚型II)的单体、二聚体和三聚体在pH为5.6-8.5和10.6两种缓冲条件下的静电势分布。其中大鼠金属硫蛋白亚型II的结构直接来自于晶体数据,兔肝金属硫蛋白亚型I和II的结构则通过同源蛋白模型搭建。三种金属硫蛋白的静电势通过有限差分方法求解Poisson-Boltzmann方程得到。对于三种金属硫蛋白的二聚体,pH为5.6-8.5时,单体和单体之间的静电势分布具有明显的互补性;但pH≥10.6时,这种互补性会大大削弱。对于三种金属硫蛋白的三聚体,单体和二聚体之间主要表现为静电排斥,而且pH在10.6下的静电排斥力明显强于pH为5.6-8.5时的静电排斥。     

藻类光合原初过程的计算机模拟——Ⅲ.C-藻蓝蛋白三聚体及六聚体中的能量传递

本文以晶体结构数据为依据,计算了C-藻蓝蛋白的三聚体和六聚体(天然聚集态)内进行的能量传递过程,结果表明:在荧光发射前,激发能可以在一些途径上重复传递多次,聚集态越高,重复传递次数越少;三聚体中一个单体上的m色团与相邻单体上的f色团有最近的距离和适宜的取向,因而在这样两个色团之间的传递具有最短的时间常数(<1ps),它们构成快速传递对。三聚体内有三个这样的快速传递对,它们主要通过单体内的m(?)f和单体间的f(?)f通道联系,s色团主要与同一单体内的f色团联系;六聚体中,连接两个三聚体的主要通道有两类:即m(?)m通道和s(?)s通道,而f色团上的激发能主要通过同一快速传递对中的m色团传递到另一个三聚体上。这样的六聚体结构具有较高的能量传递效率,成为一种最优结构。     

SARS 3CL蛋白酶同源二聚化与底物结合互为别构调控因素

研究了严重急性呼吸系统综合症(SARS)冠状病毒3C-Like蛋白酶(3CLpro)在存在底物或抑制剂时的二聚体形成情况. 通过测定酶活性随酶浓度的变化, 拟合出在底物存在下酶二聚体的解离常数约为0.94 μmol·L-1, 小于纯蛋白酶的二聚体解离常数(14.0 μmol·L-1), 表明底物对二聚体的形成具有增强作用. 选用与底物具有类似结合方式的靛红类抑制剂N-萘甲基靛红-5-甲酰胺(5f), 利用超速离心沉降速率方法定量测定了SARS 3CL蛋白酶单体和二聚体在不同浓度5f时的含量, 发现5f同样具有诱导二聚体形成的能力. 在3 μmol·L-1蛋白酶浓度下测定得到诱导二聚的EC50 值(半数有效浓度)约为1 μmol·L-1, 说明二聚体中只有一个单体与抑制剂结合. 研究结果表明, 随着底物浓度的升高, SARS 3CL蛋白酶会形成更多的二聚体, 而二聚体含量的提高又反过来提高酶的活性, 这种双向别构调控机制有可能是病毒用来调控多聚蛋白水解速率和组装时机的一种方法.     

藻胆蛋白的Langmuir-Blodgett膜——Ⅰ.R-藻红蛋白单分子膜及蛋白构象变化的研究

测定了R-藻红蛋白(R-PE)在气/液界面上的表面压-面积曲线(tt-A等温线),结果表明R-PE具有很好的成膜性能,且由n-A等温线求得的单分子占有面积与R-PE以盘状形态“平躺”于液面上时的分子占有面积相同。R-PELB膜的透射电子显微镜(TEM)图象和椭圆偏振关于R-PE单分子膜厚度的测定,说明R-PE分子在基片上的取向是其盘平面与基片表面平行。根据这些依据,提出了R-PE单分子膜的结构。将R-PE在气/液界面上形成的单分子膜在适当表面压下用LB技术转移到基片上,测得了蛋白累积单分子膜的吸收及荧光光谱,R-PE单分子膜的吸收和荧光光谱与其在水溶液中无显著差别。膜的CD光谱与R-PE水溶液的CD光谱比较说明,当R-PE成膜后其二级结构发生了变化,即蛋白的p-折叠片构象组分增加。     

过渡金属离子(Cu2+、Cd2+)对藻红蛋白单体的漂白机制

藻胆蛋白是一组同源捕光色素蛋白,由多肽链及相连的开链四吡咯环色团构成。多肽链对色团的调控形成不同藻胆蛋白的特征吸收及荧光光谱。这些色团是藻蓝胆素(吸收带590～670 nm)、藻红胆素(吸收带530～570 nm)和藻尿胆素(吸收带490～500nm)。藻尿胆素由于在共轭体系中含有较少的双键,所以与前二者比,在较短波长有吸收。它们总是与藻红胆素伴生,在藻胆蛋白中作为敏化基团存在。     

多变鱼腥藻藻胆蛋白共价复合物的合成及其分子内能量传递

利用双功能基偶联剂3-(2-吡啶联巯基)丙酸N-羟基琥珀酰亚胺酯(SPDP)合成了两个藻胆蛋白复合物,藻红蓝蛋白-变藻蓝蛋白复合物PEC-APC和藻红蓝蛋白-藻蓝蛋白复合物PEC-PC.利用吸收光谱和荧光光谱证明了藻胆蛋白构型与构象在反应后得到保持。通过荧光光谱观察到能量传递现象。计算出复合物PEC-APC的分子内能量传递效率约为90%.复合物PEC-PC中藻红蓝蛋白PEC的荧光寿命比PEC本身的寿命大大缩短,证明存在分子内能量传递。二硫苏糖醇(DTT)还原二硫桥键后能量传递被阻断。这进一步证明复合物合成成功及分子内能量传递。     

坛紫菜中R-藻红蛋白的色谱纯化及性质研究

从坛紫菜(Porphyrahaitanensis)藻胆蛋白粗提液中分离纯化R 藻红蛋白(R phycoerythrin,R PE),经过两次不同柱长规格的自制羟基磷灰石柱层析和一次DEAE SepharoseFastFlow离子交换层析,获得了较高纯度的R PE(A565nm A280nm>5.3);测定了R PE的紫外可见吸收光谱和荧光光谱,R PE的吸收峰在565和498nm,在540nm有一吸收肩,荧光发射峰在573nm;用SDS PAGE测定组成R PE各亚基的相对分子质量,α β亚基约为18～20kDa,γ亚基约为35kDa;对R PE在不同的pH和温度环境协同影响下的荧光稳定性进行了研究,摸索了R PE的长期有效保存的方法并探讨了(NH4)2SO4的保护机理。