BRD96N光调制吸收增强现象的实验研究

通过光谱响应特性实验和记录／读出图像实验，研究了基因变异型细菌视紫红质（BR_D96N）分子膜对单色光的光调制特性.发现BR_D96N分子膜在550nm—600nm范围内对调制光有吸收增强的现象，且对此范围内不同波长的单色光其调制程度有差异.利用曲线拟和方法发现550nm—600nm吸收增强的变化过程分为快过程和慢过程，其对应的时间常数分别为30s和5min.利用强度调制器的吸收强度与图像灰度之间的关系，分析了560nm—600nm范围内出现图像反转的实验现象. 关键词： 细菌视紫红质D96N分子膜 光谱响应 吸收增强现象 图像反转现象     

细菌视紫红质多重突变体结构变化及其中间态的寿命

采用基因定点突变的方法, 构建了细菌视紫红质(Bacteriorhodopsin, BR)的3种突变体蛋白, 即单突变体BRE194Q、三突变体BRI119T/T121S/A126T和四突变体BRI119T/T121S/A126T/E194Q. 测定了突变体和野生型BR在水溶液和聚乙烯醇(PVA)膜中的紫外-可见吸收光谱和拉曼光谱, 采用显微视频录像技术记录了PVA膜中野生型和3个突变体样品的M态寿命. 与野生型BR相比较, 在水溶液中, 单突变体的可见吸收光谱的最大吸收峰发生了轻微红移, 三突变体和四突变体的最大吸收峰则分别发生了11.0和12.0 nm的明显蓝移. 在PVA膜中, 3个突变体BR的可见吸收光谱的最大吸收峰均发生蓝移, 四突变体BR的最大吸收峰为557 nm, 蓝移达15.0 nm. 四突变体BR在水溶液中的共振拉曼光谱不仅表现有与M态特征相关的1567和1573 cm-1谱带, 还有L态特征带1334 cm-1及N态特征带1200, 1328, 1530和1549 cm-1. 在PVA膜中的样品与在水溶液中的比较, 四突变体共振拉曼光谱的1334和1549 cm-1带消失, 同时1187 cm-1带的强度下降. 显微视频录像技术记录的PVA膜中样品的M态寿命表明, 野生型BR的M态寿命最短, 单突变体的M态寿命小于1.0 s, 三突变体的寿命为3.0 s, 四突变体的寿命为2.0 s.     

bop基因及其上游启动子的克隆与表达

应用重组PCR的方法，直接从盐沼盐杆菌(Halobactrium salinarium)S9的基因组DNA上扩增到了编码细菌视紫红质(bacteriorhodopsin)的基因——bop基因及其启动子部分(1196bp)，并将其克隆到表达载体pXLNovR后，在宿主菌株中得到了表达．测序结果表明，扩增得到的片段与NCBI数据库中的bop基因及启动子的序列完全相同，且其表达产物的分子量与野生型BR蛋白的分子量一致，并且在568nm处表现出BR蛋白特征吸收峰．本方法与其他方法(如逆转录PCR，建立基因文库后从中调取等方法)相比具有操作简便，成功率高的优点．     

细菌视紫红质激发态动力学过程的实验与数值分析

本文采用差异吸收光谱法对化学增强型细菌视紫红质的状态变化进行了实验研究.发现在585 nm处明显存在一个稳定的中间过程.从分子动力学和实验出发,提出了一个适用于差异吸收光谱研究方法的数学模型,对菌紫质受激以后的动力学过程进行了模拟与数值分析.     

A model for Light—Driven Proton Pump and Transfer in Bacteriorhodopsin

A theoretical model was assumed to describe the kinetic processes of light-driven proton pump and motion. The calculation shows that the photovoltage signals are greatly affected by experimental conditions including pulse width of excitation and impedance of measurement system. At the same excitation, only a negative photovoltage signal can be observed with small impedance and both the negative and positive signals can be observed with large impedance. With the same impedance, shorter response time of the pulsed photoelectric signals is responsible for shorter pulsed excitation. All these phenomena are in good agreement with the experimental results.     

电场作用下紫膜中细菌视紫红质的圆二色性研究

垂直于测量光束的外电场对紫膜水悬浮液中的细菌视紫红质的圆二色性有很大影响。５０Ｈｚ正弦交流电场作用下产生５６８ｎｍ的正的差圆二色性峰，反向电脉冲串作用下产生５５６ｎｍ左右的负的差圆二色性峰，两峰峰位均未显示有随电压的变化而移动；但是，强度随外加电压的半加而增强；撤去电场后该两峰均即该消失。分析认为，电场下细菌视紫红质中存在柔性结构变化，这种结构变化也可用于存储信息。     

细菌视紫红质膜快速光开关的实验研究

建立了“脉冲激光－连续探测光－连续擦除光”的实验系统。在532nm的调Q脉冲激发光和不同波长的连续探测光作用下，研究了细菌视紫红质（BR）膜的光循环过程中的快速响应特性及各中间态的快速光吸收特性。观察到了微秒量级的快速光开关现象，并分析了激发光脉冲作用结束时，各中间态上细菌视紫红质分子的分布。     

D38R突变对细菌视紫红质光循环后半程M态和N态的影响

用重叠PCR的方法，定点突变细菌视紫红质（bacteriorhodopsin，BR），克隆到单突变体BRD96N和双突变体BRD38R/D96N的基因，同源转化盐沼盐杆菌（Halobacterium salinarium）L33（BR），表达突变蛋白BRD96N和BRD38R／D96N通过显微视频方法对突变BR的M态光致变色特性进行记录，BRD38R／D96N的M态寿命为5s，约为BRD96N（M态寿命为3s）的1．7倍．对突变体的激光共聚焦拉曼光谱测定发现，在BRD96N中，1170cm^-1下移到1171cm^-1，1258cm^-1上移到1255cm^-1，而BRD38R/D96N中1170cm^-1下移到1173cm^-1；1258cm^-1。上移到1252cm^-1，而且BRD38R/D96N与BRD96N相比，1186cm^-1处的峰明显增强．近紫外区圆二色谱显示，两种突变体近紫外区的正负带虽然没有太大差别，但288nm和290nm处的极峰却差别显著．所有这些研究结果表明，细菌视紫红质Asp38（D38）突变为Arg（R）可以延长其光循环后半程M态和N态的寿命．