菌紫质光循环中间体M的双相衰减:蜂毒素及其定点突变体的影响

菌紫质(bacteriorhodopsin,BR)是嗜盐菌(H.halobium)紫膜(purple membrane)中唯一的蛋白成分,能将光能转换成电化学能.明适应的BR受光激发,约500fs(10~(-15)s)后生成过渡态J,约3ps(10~(-12)s)之后转变成含13-顺生色团的中间态K,然后历经L,M,N,O等中间态在10～20ms内回到BR.随着循环的进行,质子从细胞质侧转运到细胞外侧,产生跨膜质子梯度.BR的光循环中间体M的生成和衰减与质子转运密切相关.快速动力学分析表明M的衰减过程至少可以分出快(M_(412f))、慢(M_(412s))两种成分.关于两种M衰减成分产生于BR光循环的哪个步骤,已经提出了多种看法.但目前仍没有一个广为认同的解释.     

Triton X-100对紫膜类脂的流动性及光循环中间产物M_(412)的影响

细菌视紫红质(bacteriorhodopsin简称bR)是嗜盐菌紫膜中唯一的蛋白质,具有光驱动质子泵的功能.bR对可见光的吸收是由于视黄醛生色团的存在.bR经橙色光照射后进行一个从微微秒级到毫秒级的光循环,其中间产物M_(412)的生成和衰减与质子泵功能密切相关.然而,仅有bR的光异构化是不够的,还与紧密结合在bR分子周围的类脂分子的辅助     

细菌视紫红质与氮氧自由基在溶液中的光化学相互作用

在嗜盐菌(Halobacterium halobium)紫膜中仅含有一种蛋白质——细菌视紫红质(bacteriorhodopsin简称bR),具有光驱动质子泵的功能。bR对可见光的吸收是由于视黄醛生色团的存在。该生色团受到光照后,便发生一系列周期性的光谱转变,该转变与质子转运过     

紫膜LB膜的制备及其表征

紫膜中含有唯一的蛋白质——菌紫质。光照菌紫质,它可通过一系列中间体又回到原始状态。在这光化学循环中,质子被释放,因此它具有光驱动质子泵功能。紫膜的独特结构和功能是研究光能转换成电和化学能的理想材料。目前用脂质体、人工平板膜技术对膜成分进     

紫膜Langmuir-Blodgett膜中菌紫质的光电压

80年代生物分子电子学和生物计算机的研究蓬勃兴起,嗜盐菌紫膜蛋白菌紫质由于其结构稳定,具有光驱动质子泵功能、双稳态特性以及皮秒到毫秒级的光电响应特性,使其成为目前国内外关注的研究生物分子电子器件的理想材料之一,应用前途是发展生物分子器件和生物芯片等.由于紫膜具有不对称性而菌紫质的光驱动质子泵具有方向性,因而必须有序组装而且可以有序组装.紫膜Langmuir-Blodgett(LB)膜是这种有序     

纳米光生物分子材料--菌紫质及其在信息科学中的应用

菌紫质是一种特殊的光敏蛋白质分子,具有光驱动质子泵功能、光致变色效应和光电效应.近年来,随着对光循环机理和材料改性技术的深入研究和发展,菌紫质在信息科学领域的应用日渐增多.本文综述了国内外研究状况和最新发展动态.介绍了菌紫质的来源、分子结构、光驱动质子泵功能、光循环(分支光循环)过程、光致变色效应和光电效应.列举了菌紫质在三维光存储、光信息处理、视觉模拟等方面的应用实例.对这种纳米光生物分子材料的应用前景及存在的问题进行了探讨.     

纳秒激光激发的紫膜K,L过程寿命的测量

紫膜是嗜盐菌在特定条件下在其部分细胞膜上合成的,膜上仅有一种蛋白质——菌紫质(BR),它由248残基组成,分子量为26ku,7次跨膜.在光照下BR分子会经过一系列物化变化形成一系列中间体K,L,M,N,O,最后又恢复至原始状态.紫膜是理想的生物光能转换材料,并成为多种学科的研究对象,由于紫膜的光循环过程与质子泵功能以及光电响应相关联,BR的光化学循环过程的测定和研究在紫膜及其应用中有重要的作用.光动力学过程的参数是一个主要的物理参数.国外文献中有关报道不少,国内在毫秒级的动力学过程的测量已有成熟的装置和应用.但仅能测量M中间体以后的衰减过程,为了研究M以前的K,L等动力学过程,必须用纳秒激光分析研究微秒量级的过程.我们采用7ns的激光作为激发光源,同时测量到K,L等中间产物的形成和衰减过程,这对利用K过程研究BR双稳态和深入了解紫膜的光动力学过程都有重要作用.     

不同状态菌紫质分子的光电响应及其与pH的关系

菌紫质分子是嗜盐菌紫膜中分子量为26,000的唯一蛋白质成分,它在天然紫膜中以六角形二维晶格结构排列,并以三个分子为单位组成三聚体。菌紫质分子的功能为光驱动质子泵,在膜两边形成质子梯度,嗜盐菌则可利用此电化学梯度合成ATP。有人把天然紫膜碎片装到人工板膜上,光照后可以测量到光电响应信号。有人认为,若把菌紫质分子的光化学循环、质子泵以及光电响应联系在一起,光化学循环过程中泵出质子,而这质子流就产生光电响应信     

西藏嗜盐菌xz515紫红膜中类菌紫质分子的AFM成像

嗜盐菌H.sp.xz515是从西藏扎北湖分离出的一种嗜盐菌新株，H.sp.xz515中紫红膜上的质子吸收和释放的过程与普通嗜酸盐（Halobacterium salinarum)中紫膜上的过程相反，而且紫红膜的质子泵的效率也比紫膜的低，但原子力显微镜的观测图像显示类菌紫质分子在细胞膜上也是三聚体结构，三聚体再形成六边形排列。类菌紫质分子的C至G螺旋的一级结构和菌紫质分子之间的同源性仅56％，但B和D螺旋之间界面上相互作用的氨基酸残基却是保守的，表明这些氨基酸残基在维持蛋白质寡聚体的稳定性上起着重要的作用。     

菌紫质光循环中间体O的动力学光谱及蜂毒素的影响

菌紫质光循环后牛程除M之外另一个重要的中间体是O_(640)。O在循环的最后阶段,其生色团构型与基态BR相同。O向BR的转变被认为是蛋白构象松弛的过程。关于O的形成,目前有两种主要的看法:一种认为O是N的直接产物,另一种认为M,直接生成O。考虑到蜂毒素及其突变体对M的快慢衰减成分的作用截然不同,我们发展了分析中间体O的闪光动力学光谱的实验方法,初步分析了与BR作用最强的蜂毒素突变体1对O的生成和衰减成分的影响,并分析了中间体O的生成和衰减成分的来源,提出光循环可能存在分支途径。     

膜脂与紫膜蛋白相互作用

天然紫膜中的菌紫质（BR）分别重组到不同膜脂环境的脂质囊泡中，通过冰冻蚀刻电子显微镜观察、菌紫质在囊泡中旋转扩散和吸收光谱的 及吸收随时间的变化，研究了3种不同膜脂环境对脂质囊泡中BR分子结构和功能的影响，实验结果表明：在目前的脂质囊泡制备过程得到的样吕中，二豆蔻酰磷酯酰胆碱（dimyristoylphosphatidylcholine,DMPC）是BR分子的稳定脂环境，卵－磷脂酰胆碱（egg-phosphatidylcholine,卵－PC）会使BR脱生色团视黄醛，产生了不可逆的变化，胆固醇可以稳定脂环境中的BR分子，但会使BR分子产生凝聚作用。     

一种新的D1201紫膜蛋白的初步表征

自从70年代初Stoeckenius等人发现紫膜细菌视紫红质(BR)以来,对BR结构、功能及其在分子电子学中的应用已成为生物膜研究中的热点.尽管自80年代后期以来,基因工程在分子生物学中的应用极大地推动了我们对BR质子泵功能的认识.但到目前为止,BR详细的质子泵机理仍是争论的焦点.生物物理所与微生物所合作,从青海省大柴旦盐湖底泥中分离并纯化一种新的嗜盐菌菌株D1201,这一菌株能在光照下形成紫膜,与通常紫膜不同的是,明适应最大吸收值为550nm而不是568nm.对其结构与功能的研究具有重要的生物学意义,同时也有助于我们对BR结构与功能进一步的了解.     

紫膜表面电荷数的测量

紫膜(PM)表面的极性磷脂和带电氨基酸所构成的不对称电荷结构对紫膜的结构功能有重要意义.Jonas等指出在pH5～9时,如果不考虑阳离子结合在紫膜表面的羧基上,则单位菌紫质(BR)的紫膜表面总负电荷数的理论值为19,当阳离子结合后将显著降低.遗憾的是大部分实验值在pH7时在2～10之间波动.虽然有利于阳离子结合模型,但由于大部分实验测量方法依赖于Gouy-Chapman理论,因而所测值不可避免地受所取离于强度不同和膜     

傅里叶变换红外谱线增强法研究不同水合度下菌紫质的结构

菌紫质是嗜盐菌紫膜内唯一的整合膜蛋白。电子和X-光衍射研究表明,它由7个跨膜α-螺旋棒组成,并已被广泛接受。近来的研究认为可能含相当量的β-结构,我们的研究也证实了这点。红外光谱是常用的研究蛋白结构的一种技术。红外活性酰胺带包含各种亚结构信息,但这些谱带较宽,实测谱图是多种谱带的叠加,难于准确识别确定各组分的数     

紫膜微分响应特性的理论和实验研究

自60年代美国科学家Stoeckenius等人在嗜盐菌中发现紫膜(Purple membrane,PM)和细菌视紫红质(Baeteriorhodopsin,BR)以来,对这种光能转换蛋白膜的研究迅速增长。人们对紫膜和BR的组成、结构及其功能进行了广泛的研究。近年来的研究表明,紫膜是一种大有前途的生物分子光电功能和光存储材料,由于它具有稳定性好、重复使用次数高、空间分辨率高、响应速度快及可修饰等优点,在人工神经网络元件、视觉模拟和三维光信息存储等方面有很大的应用潜力。     

水氧化释放质子与H~+-ATP酶复合体的CF_0之间的联系

光合电子传递链有两个释放质子的部位,一是位于类囊体膜内侧的光系统Ⅱ(PhotosystemⅡ,PSⅡ)放氧复合体氧化水时释放质子(H_(H_2O)~+),另一是与光系统Ⅰ(PhotosystemⅠ,PSⅠ)相联系的质醌(Plastoquinone,PQ)氧化还原跨膜携带质子在类囊体膜内侧释放(H_(PQH_2)~+).这些质子在经H~+-ATP酶复合体(CF_0-CF_1)的质子通道CF。流出时偶联ATP合成.但是,这些质子如何从它们的释放部位传导到CF_0(是经过类囊体腔内水相还是在膜上有专门的途     

蜂毒素与紫膜的相互作用

紫膜是嗜盐菌光照下在质膜上形成的紫色膜片.细菌视紫红质(Bacteriorhodopsin,BR)是紫膜中包含的唯一蛋白.紫膜中蛋白与脂的比率为1:10(mol/mol),构成紫膜的大多数磷脂在中性pH下带有电荷.蜂毒素(Melittin)是蜂毒液中的主要成分,由26个氨基酸组成.蜂毒素与膜脂的作用,尤其是它的溶血作用及作为离子通道已经研究的相当多.由于BR的特性,胡坤生等人率先开展了蜂毒素与BR相互作用的研究,证实了蜂毒素与BR疏水     

静电自组装纳米Pd颗粒对Nafion(R)膜的阻醇修饰

目前直接甲醇燃料电池(DMFC)广泛使用的质子交换膜是Dupont公司生产的Nafion(r)系列膜, Nafion(r)膜的全氟主链具有良好的化学稳定性和机械性能, 然而全氟主链的疏水特性和作为导质子基团的磺酸根侧链的亲水特性使磺酸根以中空的团簇形式存在[1], 这种团簇相连形成的通道使Nafion(r)膜对甲醇有很高的渗透率.     

细菌视紫红质LB膜光电器件三态光电响应特性的表征与应用

存在于嗜盐菌紫膜中的唯一蛋白质——细菌视紫红质(bacteriorhodopsin,bR)具有奇特的功能:受可见光照射时,能发生光致变色并具有质子泵功能.在生物体外,bR的稳定性极好.可以利用Langmuir-Blodgett制膜技术或其它方法,在透光的载体(如导电玻璃)上形成单层和多层的bR-LB膜或化学增强膜.这种薄膜具有独特的双稳态光色互变特性、非线性光学特性和微分光电响应特性,已被用来研究构造生物分子型的光-光和光-电器件.近年来的研究结果表明,基于bR-LB膜制作的光电器件在信息传感领域有着潜在的应用前景.这方面的研究工作已经引起人们的极大关注.     

质子交换膜燃料电池冷启动研究及策略优化现状

质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell, PEMFC)汽车以其能量转换效率高、续航里程长、零排放等突出优势,在“双碳”目标的背景下引起了广泛的关注.然而,在低温环境下的冷启动问题成为限制其商业化和推广应用的一大障碍.因此,研究人员进行了大量的实验与仿真来研究燃料电池冷启动的衰减机理、水传输相变和传热机理以及启动策略优化.通过对冷启动电池的输出性能和微观结构进行测量与表征,发现由于冰的产生覆盖反应活性位点、堵塞气体通道、增大电接触阻抗导致性能下降,由于水冰相变的体积变化破坏了内部结构导致耐久性下降.通过对启动过程中水和冰的分布、传输与相变过程进行研究,发现反应产物水首先以膜态水使质子交换膜(proton exchange membrane, PEM)和催化层(catalyst layer, CL)的含水量达到饱和,接着以过冷水的形式在低温下保持液态,最后排出电池或突然结冰.通过研究冷启动的传热过程发现,电堆中间部分的电池单元和单电池的中间区域升温最快,为产热的主要区域,阴极氧还原反应(oxygen reduction reaction, ...