变藻蓝蛋白内能量传递过程的物理机制——Ⅰ.单体内的能量传递机制研究的理论方法和实时探测

从广义主方程 (GME)理论出发 ,以变藻蓝蛋白的光谱性质和结构及其态的制备和探测技术为基础 ,从理论和实验上对变藻蓝蛋白单体内的能量传递过程的物理机制进行了比较详细的研究 .结果表明 :在变藻蓝蛋白单体内 ,2个亚基间的能量传递过程的最好探测技术为时间分辨各向异性光谱技术 ;实时探测结果 ( 80～ 10 0ps)与理论计算结果 ( 85 6ps)比较吻合 ,表明在变藻蓝蛋白单体内 ,能量在两个亚基间的传递过程服从F rster机制 ,能量传递过程不可能在其激发态的高振动量子态上发生 .     

变藻蓝蛋白内能量传递过程的物理机制

从广义主方程(GME)理论出发，以变藻蓝蛋白的光谱性质和结构及其态的制备和探测技术为基础，从理论和实验上对变藻蓝蛋白单体内的能量传递过程的物理机制进行了比较详细的研究.　结果表明 在变藻蓝蛋白单体内，2个亚基间的能量传递过程的最好探测技术为时间分辨各向异性光谱技术；实时探测结果(80～100ps)与理论计算结果(85.6 ps)比较吻合，表明在变藻蓝蛋白单体内，能量在两个亚基间的传递过程服从F     

钝顶螺旋藻C-藻蓝蛋白的能量传递动力学

结合超快速时间分辨荧光光谱,对钝顶螺旋藻(Spirulina platensis)C-PC六聚体内能量传递过程机制进行了研究.通过不同探测波长下荧光衰减曲线的拟合,对六聚体内能量传递途径和相关传递参数进行了指认,从实验上证实C-藻蓝蛋白六聚体能量传递具有4个时间常数,分别为6,22,280,1470 ps,并对各时间组分进行了指认和讨论.结果反映了部分C-PC中不同发色团之间的能量传递动力学性质,为了解藻胆蛋白的结构和功能的关系提供了重要的实验数据,同时对于理解光合作用的原初过程也有重要的参考价值.     

藻胆体模型复合物的合成及其表征

蓝藻和红藻中存在捕光色素蛋白即藻胆蛋白,主要包括藻红蛋白(PE)、藻蓝蛋白(PC)和变藻蓝蛋白(APC),在藻细胞活体中构成超分子复合物藻胆体.藻胆体连接在类囊体膜上,做为主要的捕光天线,通过诱导共振将光能传递给叶绿素a.藻胆体由APC组成核,PE和PC构成杆排列在核的外围,其中APC做为连接藻胆体和类囊体内光合作用中心的桥梁.由稳态光谱测定知道藻胆体内能量传递顺序是PE→PC→APC.超快速时间分辨光谱的应用,又     

重组别藻蓝蛋白三聚体结构与功能

以基因重组别藻蓝蛋白三聚体为材料,利用原子力显微镜观察到了单分子重组别藻蓝蛋白三聚体的纳米级分辨率的三维图像(短轴约为1.5 nm,长轴约为15 nm的盘状颗粒),与通过透射电子显微镜和X射线晶体衍射得到的天然APC三聚体的圆盘状结构的尺寸十分接近.通过测量荧光发射光谱、吸光光谱和圆二色光谱,对自组装重组别藻蓝蛋白三聚体的正确组装进行了证实.获得了较宽pH范围内的紫外光区(190~250 nm)和可见光区(450~750 nm)圆二色谱数据,通过紫外光区圆二色谱解析,确定了a螺旋是重组别藻蓝蛋白三聚体二级结构的主要组成部分.可见光区圆二色谱解析为别藻蓝蛋白三聚体中存在藻蓝胆素激子耦合对,以及耦合体内以激子分裂进行能量传递提供了证据.本文结果进一步证实,与天然别藻蓝蛋白三聚体相比较,基因重组别藻蓝蛋白三聚体有正确的能量传递功能.     

C-藻蓝蛋白的压力相关的荧光特性研究

在红藻和蓝绿藻的光合作用中,作为辅助色素蛋白的C-藻蓝蛋白和变藻蓝蛋白都含有与之共价相连的,且化学性质相同的四吡咯结构的藻蓝胆素发色团。但在光谱中,C-藻蓝蛋白内发色团之间的相互作用就远不如变藻蓝蛋白明显。在变藻蓝蛋白内明显地存在一个强的发色团间的激子相互作用,     

藻胆体-类囊体膜复合物内能量传递机制研究——Ⅱ.皮秒级时间分辨荧光发射光谱(77K)方法

在前文,我们利用稳态光谱技术(77K)和光谱解叠方法对藻胆体-类囊体膜复合物在不同光状态条件下能量传递途径及机制进行详细研究。结果表明:在该复合物内,能量由藻胆体(PBS)向两个反应中心(PSⅠ和PSⅡ)的传递是并行的,只是在不同光状态条件下,能量由PBS向PSⅡ和PSⅠ反应中心传递的能量份额发生相对变化而已,即二元复合物模型。为了进一步证实前文的结论,本文通过皮秒级时间分辨荧光发射光谱技术对藻胆体-类囊体膜复合物内的能量传递途径和机制进行深入的研究。     

藻胆体-类囊体膜复合物内能量传递机制研究——Ⅱ.皮秒级时间分辨荧光发射光谱(77K)方法

<正>在前文,我们利用稳态光谱技术(77K)和光谱解叠方法对藻胆体-类囊体膜复合物在不同光状态条件下能量传递途径及机制进行详细研究。结果表明:在该复合物内,能量由藻胆体(PBS)向两个反应中心(PSⅠ和PSⅡ)的传递是并行的,只是在不同光状态条件下,能量由PBS向PSⅡ和PSⅠ反应中心传递的能量份额发生相对变化而已,即二元复合物模型。为了进一步证实前文的结论,本文通过皮秒级时间分辨荧光发射光谱技术对藻胆体-类囊体膜复合物内的能量传递途径和机制进行深入的研究。     

藻红蛋白微晶的激子光谱

光合作用天线系统起着吸收太阳能并把能量传递到反应中心的作用.光合作用天线系统中的能量传递已被证实非常高效和快速.实验证实,在藻类光合作用天线中,从藻红蛋白经藻蓝蛋白和变藻蓝蛋白至反应中心,总能量传递效率超过90%;而时间分辨荧光谱实验证实,在完整细胞中,能量从藻红蛋白传递至反应中心全过程在小于50ps时间内完成.藻胆体是红藻和蓝藻的重要光合作用天线.藻胆体由核(core)和杆(rod)组成,核主要含变藻蓝蛋白,核的一面附着在类囊体膜上并与反应中心相联,另一半与多根杆相联组成半球     

藻胆体-类囊体膜复合物内能量传递机制研究——Ⅰ.光状态转换技术和光谱解叠方法

<正>目前,对藻类光合作用原初过程的研究大多集中在藻胆体(PBS)、孤立藻胆蛋白(Biliproteins)及PSⅡ和PSⅠ反应中心上,得出激发能在这些复合物内的定性流向和定量参数,从而为这一领域进行深入研究奠定了可靠的基础。然而,由于上述研究是对孤立的或部分的光合器而不是对整体来进行的,所以,它不可能解释藻胆体为什么能将其所吸收的光能高效地和快速地传递给反应中心并将其在两个反应中心(PSⅡ和PSⅠ)之间进行合理地分配。为了解决这一问题,一些研究人员利用光状态转换(Light state transition)技术和时间分辨光谱技术对整藻细胞进行研究,基于研究结果,人们对藻胆体向光合反应中心能量传递机制找出3种可能的模式:(1)“溢出”模型(Spillover over model),该模型认为:能量传递途径是PBS-PSⅡ-PSⅠ;(2)二元复合物模型,也就是说PBS-PSⅡ复合物和PBS-PSⅠ复合物独立存在,能量传递途径是PBS-PSⅡ和PBS-PSⅠ;(3)三元复合物模型,它认为存在一个三元复合物(PSⅡ-PBS-PSⅠ),能量从PBS向PSⅡ和PSⅠ分配是通过PBS在该复合物中精确的位移来调节的。许多研究结果表明能量“溢出”模型不是能量从PBS向PSⅠ传递的主要途径。目前蓝藻光合作用光状态1和光状态2的相互转换的分子作用机制还不清楚,鉴于此,本文通过对藻胆体-类囊体膜复合物状态转换进行研究,以便探测出能量是如何从PBS传递给PSⅡ和PSⅠ这两个反应中心的。     

藻胆体-类囊体膜复合物内能量传递机制研究——Ⅰ.光状态转换技术和光谱解叠方法

目前,对藻类光合作用原初过程的研究大多集中在藻胆体(PBS)、孤立藻胆蛋白(Biliproteins)及PSⅡ和PSⅠ反应中心上,得出激发能在这些复合物内的定性流向和定量参数,从而为这一领域进行深入研究奠定了可靠的基础。然而,由于上述研究是对孤立的或部分的光合器而不是对整体来进行的,所以,它不可能解释藻胆体为什么能将其所吸收的光能高效地和快速地传递给反应中心并将其在两个反应中心(PSⅡ和PSⅠ)之间进行合理地分配。为了解决这一问题,一些研究人员利用光状态转换(Light state transition)技术和时间分辨光谱技术对整藻细胞进行研究,基于研究结果,人们对藻胆体向光合反应中心能量传递机制找出3种可能的模式:(1)“溢出”模型(Spillover over model),该模型认为:能量传递途径是PBS-PSⅡ-PSⅠ;(2)二元复合物模型,也就是说PBS-PSⅡ复合物和PBS-PSⅠ复合物独立存在,能量传递途径是PBS-PSⅡ和PBS-PSⅠ;(3)三元复合物模型,它认为存在一个三元复合物(PSⅡ-PBS-PSⅠ),能量从PBS向PSⅡ和PSⅠ分配是通过PBS在该复合物中精确的位移来调节的。许多研究结果表明能量“溢出”模型不是能量从PBS向PSⅠ传递的主要途径。目前蓝藻光合作用光状态1和光状态2的相互转换的分子作用机制还不清楚,鉴于此,本文通过对藻胆体-类囊     

多变鱼腥藻胆体模型复合物结构与功能的研究

利用多变鱼腥藻藻胆体中的藻红蓝蛋白,藻蓝蛋白,变藻蓝蛋白及其相关的连接多肽重组成具有捕光唯一发射终端和完整的能量传递的藻胆体模型复合物ＰＥＣ／ＰＣ／ＡＰＣ,此三元复合物的最大吸收为６０２ｎｍ,在室温和－１９６℃下的荧光发射峰分别在６６８和６８０ｎｍ,分子量为７０００００ｕ,激发能在复合物内进行了完整而高效的传递、并且通过对复合物的解离和重组过程的研究讨论了结构与能量传递的关系。     

藻类天线系统的结构与功能研究进展

藻类在植物进化序列中处于低等的光合细菌和高等植物之间.藻类和高等植物光合器相似,它们都有光系统Ⅱ和光系统Ⅰ两个光合反应中心,因而它们具有相似的光合作用功能,因此藻类光合作用的研究具有一般的意义;另一方面,高等植物的捕光天线是类囊体膜内的叶绿素,而藻类的捕光天线色素主要集中于紧连在类囊体膜外的藻胆体内.藻胆体是由多种藻胆蛋白组成的超分子复合物,含有数百个开链四吡咯色团,分子量高达几百万道尔顿.藻胆体的核心部分是变藻蓝蛋白,由核心向外放射状排列六根由藻红和藻蓝蛋白构成的天线杆,藻胆体的结构如图1所示.各种藻胆蛋白的巧妙搭配使得藻胆体内具有非常高能量传递效率(90%以上).因而,研究藻类天线系统的结构与功能,弄清其中高效能量传递的分子机理,对人工利用太阳能和光能转换器件的开发有借鉴和指导意义,多年来,藻类天线系统的结构与功能研究一直是重要的研究课题之一.     

多变鱼腥藻藻胆体内杆-核复合物的分离与表征

与其他大多数蓝藻(Cyancbacteria)一样,多变鱼腥藻内藻胆体的形状也呈半圆盘型.构成藻胆体的藻胆蛋白(Phycobiliproteins)为藻红蓝蛋白(PEC)、C-藻蓝蛋白(C-PC)和变藻蓝蛋白(APC),其能量传递按PEC→C-PC→APC的顺序进行.尽管已利用各种光谱技术对藻胆蛋白、藻胆体和活藻进行了比较详细的研究,而且,C-PC,PEC和APC的高分辨率晶体结构也已确定,但两种蛋白之间的联系仍不清楚,特别是能量如何由杆的末端传递进核成为目前研究中的关键问题,因为关于藻胆体的关键结构部分,即杆-核复合物的结构,即尚未得知,所以,本研究工作对完善藻胆体工作模型具有重大意义.我们利用柱层析技术分离得到杆-核复合物(αβ)_6~(pc)L_(RC)~(27)(αβ)_3~(APC)L_c~(8.9),通过光谱技术、电泳方法对之进行表征,并提出该复合物的结构模型,为进一步研究其功能奠定了物质基础.     

二类水体中藻蓝蛋白的高光谱提取模式

通过测定高光谱离水辐射率和光吸收，对水体中藻蓝蛋白的光谱进行了研究，结果发现：在离水辐射率的高光谱曲线中，藻蓝蛋白在620nm的吸收峰表现明显．采用分析算法建立了藻蓝蛋白的生物光学模式，并运用误差分析方法对建立的藻蓝蛋白生物光学模式进行了校正，经过光谱校正获得的藻蓝蛋白与实际测得的藻蓝蛋白浓度的相关性（R=0．755）较光谱波段比（709nm／620nm）获得的藻蓝蛋白浓度的相关性（R=0．729）要好，证明校正算法可以提高藻蓝蛋白浓度的提取精度．     

一种简单、快速制备变藻蓝蛋白的新方法及坛紫菜中变藻蓝蛋白的某些性质的研究

藻胆蛋白是海藻的集光色素蛋白,它把捕获的光能高效地传递给叶绿素,从而使海藻的光合作用得以发生。藻胆蛋白分为藻红蛋白、藻蓝蛋白和变藻蓝蛋白三种。光激发能以如下的顺序传递:藻红蛋白→藻蓝蛋白→变藻蓝蛋白→叶绿素a→光合作用中心。此种捕集光能的方式与高等植物不同。由于变藻蓝蛋白直接把光激发能传递给叶绿素,因此,变藻蓝蛋白性质的研究对于探讨植物进化以及藻类光能传递均具有重要的意义。 但是,由于变藻蓝蛋白和藻蓝蛋白的性质较相似,且其含量在藻胆蛋白中最少,用一般的生化方法难于得到制备量的纯变藻蓝蛋白。Siegelman用羟基磷灰石吸附色谱和Brown     

钝顶螺旋藻C-藻蓝蛋白和异藻蓝蛋白能量传递模型的构建

藻胆蛋白包括藻红蛋白、藻蓝蛋白、藻红蓝蛋白和异藻蓝蛋白4大类,它是由脱辅基蛋白和开链的四吡咯结构的色基通过硫醚键共价交联的,在可见光区域有强烈的吸收并有极高的荧光量子产率。在蓝藻和红藻细胞的类囊体膜上,不同的藻胆蛋白分子组成高度有序的超分子结构——藻胆体,作为光合作用的捕光色素系统。钝顶螺旋藻(Spirulina platensis)的藻胆体主要是由C-藻蓝蛋白(C-phycocyanin CPC)和异藻蓝蛋白(allophycocyanin APC)以及连结蛋白所组成的。     

条斑紫菜变藻蓝蛋白立方晶系的初步晶体学研究

蓝绿藻和绿藻中含有的藻胆体是光吸收和传递的功能单位,这些超分子聚集体位于线粒体膜的外表面,可吸收波长从450～650nm的可见光,其光能传递效率接近100%.电子光谱的研究表明藻胆体由核心和天线两部分组成,两部分均由藻胆蛋白和连接蛋白构成.核心部分主要为变藻蓝蛋白(allophycocyanin)所占有,其位于光合膜的外表面,靠近光系统Ⅱ,天线部分包括藻蓝蛋白(phycocyanin)和藻红蛋白(phycoerythrin),藻蓝蛋白靠近变藻蓝蛋白,而藻红蛋白处于天线的顶端.光能传递的途径为:光子→藻红蛋白→藻蓝蛋白→变藻蓝蛋白→光合反应中心的叶绿素a.到目前为止已有数种藻胆蛋白的晶体结构得到了测定.由于变藻蓝蛋白位于核心部位,直接将光能传递给光反应中心,其三维结构的研究一直受到人们的重视.1995年Breic等首次报道了取自单细胞蓝藻钝顶螺旋藻spirulina platensis的变藻蓝蛋白0.23nm分辨率的晶体结构.但红藻和蓝绿藻的出现相差16亿年,其间发生     

别藻蓝蛋白聚集体中的色素耦合模型

对别藻蓝蛋白 (APC)的亚基、单体、三聚体的电子吸收光谱及其色素耦合模型进行了详细研究 .APC单体的电子吸收光谱近似地为α亚基和 β亚基电子吸收光谱之线性叠加 ;而APC三聚体 (αβ) 3 的电子吸收光谱不再是两个亚基电子吸收光谱的线性叠加 ,在 6 5 0nm处出现了新的吸收峰 .现今的“二聚体模型”和“三聚体模型”都不能很好地解释该结果 .我们的模型仅忽略距离最远的不同单体的α_PCB的激子相互作用 ;并采用群论理论对其进行描述 ;分析结果不仅解释了APC三聚体在 6 5 0nm处新的吸收峰的出现 ,而且解释了在可见光区它至少有 3个本征跃迁 .     

藻类特有的捕光色素蛋白——藻红蛋白的结构、功能及应用

藻胆蛋白(phycobiliprotein, PBP)是红藻、蓝藻和部分隐藻中特有的捕光色素蛋白.自PBP被发现以来,科学家们对其结构、功能及应用进行了深入的研究.藻红蛋白(phycoerythrin, PE)是PBP的一种,由α,β和γ三种亚基组成.其中γ亚基具有连接和稳定的作用,使PE能够以稳定的(αβ)6γ的形式存在. PE可以共价连接藻红胆素和藻尿胆素等色基,对短波长的蓝、绿光具有较强的吸收效率,使红藻和蓝藻能够在深水弱蓝、绿光环境中高效地捕获和传递光能.高纯度的PE与生物素、单克隆抗体等蛋白结合稳定,可以作为荧光免疫等技术中的荧光探针;同时, PE具有抗氧化及抗炎活性,对阿尔茨海默病、肝肾毒、糖尿病等疾病具有一定缓解作用.本文主要对PE的结构、制备及光学活性和生物活性方面的应用进行了综述,并对PE的应用进行了展望,为我国海洋藻类的高值化加工和应用提供参考.