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。     

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.     

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     

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.     

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.     

海洋红藻和蓝藻中C-藻蓝蛋白的结构特性比较研究

在蓝藻和红藻的光合膜上存在着各种不同的捕光天线即藻胆体。藻胆体的主成分为藻胆蛋白,藻胆蛋白是藻红蛋白、藻蓝蛋白和别藻蓝蛋白的总称,C-藻蓝蛋白(C-Pc)是其中的一种。关于C-Pc的研究,诸多的报道大都集中于各种蓝藻中的C-Pc,而对大型红藻中C-Pc结构特性报道极少。真核红藻和原核蓝藻中的C-Pc结构和功能是否完全相同,弄清这一问题显然对于藻类植物的分类学及光合作用研究具有重要意义。     

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     

蓝菌Westiellopsis prolifica中藻胆体、藻胆蛋白的共振Raman光谱

在蓝菌和红藻中,藻胆体(phycobilisomes,简称PBS)作为一种超分子聚集体,具有吸收光能且将光能逐步传递到光合反应中心的功能。蓝菌Westiellopsis prolifica的PBS中含有藻红蓝蛋白(phycoerythrocyanin,简称PEC,其吸收峰在570nm附近),C-藻蓝蛋白(C-phycocyanin,简称C-pc,其吸收峰在615nm附近)和变藻蓝蛋白(allophycocyanin,简称     

红毛菜藻胆体的分离和蛋白质组成

藻胆体是蓝藻和红藻的光合作用的捕光天线,由生色的胆蛋白和无色的附属联结蛋白质组成。许多蓝藻种和一些红藻种的藻胆体已详尽地进行了研究。但是,藻胆体的未变性的附属蛋白质组成迄今尚未见发表;人们对真核的海藻的藻胆体的研究仍然很有限。本文报道对生长在海洋中的红毛菜(Bangia fuscopurpurea)藻胆体研究所获的重要结果。     

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。     

红藻藻胆体的结构及关键色素分析

藻胆体是红藻和蓝藻中的大型水溶性捕光复合体，能吸收较宽范围波长的可见光，能量传递效率高于95%。目前解析的高分辨率藻胆体来自红藻Griffithsia pacifica(太平洋凋毛藻)和Porphyridium purpureum(紫球藻)，在这两个物种中获得了藻胆体完整的蛋白结构，确定了所有连接蛋白的结构和分布，并且在Porphyridium purpureum藻胆体的结构中发现连接 蛋白具有调节藻胆蛋白色素能量状态的作用。文章将针对藻胆体的整体结构和关键色素的微环境进行分析。     

藻蓝胆素二甲酯水加成物的形成和结构

藻胆蛋白是红藻(Rhodophyta)、蓝绿藻(Cyanophyta)和隐藻(Cryptopbyta)中类囊体膜外光合辅助色素,它们由开链四吡咯发色团辅基和脱辅蛋白以共价键结合而成。研究这些发色团辅基的化学性质及其衍生物的形成对阐述藻胆蛋白的光生物现象是很有意义的。     

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 .     

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     

两种藻蓝蛋白的光动力光敏性质研究

利用顺磁共振谱仪研究两种同源的藻胆蛋白－高等红藻中Ｒ－藻蓝蛋白和螺旋藻中Ｃ－藻蓝蛋白光动力光敏性质。发现在固定捕获剂和藻胆蛋白浓度及光强的情况下,样品ＥＳＲ信号强度随光照时间而增加;固定捕获剂浓度和光照条件,样品的ＥＳＲ信号强度随藻胆蛋白浓度而增加。自由基信号在一定藻胆蛋白浓度和光照时间不达到饱和点。在同等条件下,Ｒ－藻蓝蛋白比Ｃ－藻蓝蛋白有更强的ＥＳＲ信号,表明前者有更强的自由基产生效率。     

假根羽藻(Bryopsis corticulans)中一种管藻黄素-叶绿素a/b蛋白复合体

经过连续两步的液相色谱层析分离过程, 从假根羽藻(Bryopsis corticulans)类囊体膜直接分离出来一种捕光蛋白复合体(LHCP). 该捕光蛋白复合体的三聚体经蔗糖密度梯度超速离心分离获得. SDS-PAGE电泳分析结果显示, 这个捕光蛋白复合体至少由5种蛋白质组成, 其中分子量约为31 kD的蛋白质此前尚未在高等植物的主要捕光蛋白复合体(LHCⅡ)中发现. 分离获得的假根羽藻捕光蛋白复合体除了含有叶绿素(Chl) a, Chl b, 新黄素和紫黄素外, 还含有一种特殊的类胡萝卜素─管藻黄素. 假根羽藻管藻黄素-叶绿素a/b捕光蛋白复合体中存在的管藻黄素的作用是加强该色素蛋白复合体对蓝绿区域(530 nm)光的吸收, 假根羽藻LHCP具有与高等植物中的黄体素-叶绿素蛋白复合体相似的吸收谱和荧光发射谱. 管藻黄素和Chl b向Chl a的高效传能说明捕光色素分子高度有序地结合于假根羽藻的捕光蛋白复合体上. 管藻黄素-叶绿素a/b蛋白质使有机体得以增强其吸收在深海或潮下带海域分布较多的蓝绿光.     

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,     

条斑紫菜两种藻胆体与类囊体膜体外重组的光谱分析

条斑紫菜是一种具有异型世代交替生活史的大型红藻 .它们都具有光合作用 ,以藻胆体为主要的捕光天线复合体 .在比较其光合作用时 ,采用蔗糖密度梯度离心法意外地从孢子体和配子体中分离到两种藻胆体 .采用体外重组法分析两种藻胆体与两个光系统之间的关系 ,用低温 (77K)荧光发射光谱测定其能量传递 .结果表明 :在 0 9mol/LpH =7 5的磷酸缓冲液中 ,两种藻胆体与类囊体膜可成功地发生重组 .在孢子体的藻胆体和类囊体膜的体外同源重组体系中 ,由藻胆体吸收的光能可引起光系统Ⅱ (PSⅡ )的荧光发射 ,而配子体的体外同源重组体系中 ,可引起光系统Ⅰ (PSⅠ )的荧光发射 .在孢子体和配子体的藻胆体和类囊体膜的体外交叉重组体系中也表明同样的能量传递趋势 .这说明 ,孢子体的藻胆体与PSⅡ关系密切 ,而配子体的藻胆体与PSⅠ关系密切 .     

条斑紫菜两种藻胆体与类囊体膜体外重组的光谱分析

条斑紫菜是一种具有异型世代交替生活史的大型红藻 .它们都具有光合作用 ,以藻胆体为主要的捕光天线复合体 .在比较其光合作用时 ,采用蔗糖密度梯度离心法意外地从孢子体和配子体中分离到两种藻胆体 .采用体外重组法分析两种藻胆体与两个光系统之间的关系 ,用低温 (77K)荧光发射光谱测定其能量传递 .结果表明 :在 0 9mol/LpH =7 5的磷酸缓冲液中 ,两种藻胆体与类囊体膜可成功地发生重组 .在孢子体的藻胆体和类囊体膜的体外同源重组体系中 ,由藻胆体吸收的光能可引起光系统Ⅱ (PSⅡ )的荧光发射 ,而配子体的体外同源重组体系中 ,可引起光系统Ⅰ (PSⅠ )的荧光发射 .在孢子体和配子体的藻胆体和类囊体膜的体外交叉重组体系中也表明同样的能量传递趋势 .这说明 ,孢子体的藻胆体与PSⅡ关系密切 ,而配子体的藻胆体与PSⅠ关系密切.     

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.