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     

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     

嗜盐菌XZ515 中类BR 蛋白基因部分片段的序列研究

在一个新嗜盐菌Ｈ．ｓｐ．ＸＺ５１５吧,编码自螺旋Ｃ至螺旋Ｇ的视黄醛蛋白基因片段已扩增并测定了此基因片段的核苷酸序列,翻译出的氨基酸排列次序与菌紫质蛋白和ａｒ－１,ａｒ－２相应蛋白的相应片段进行了比较,结果说明,在ｂｒ蛋白中,对于完成质子泵功能和视黄酝酿结合为关键性的氨基酸残基均为保守的。在ｂｒ蛋白中,Ｍ１４５可能对于视黄醛异构化反应是重要的残基。     

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     

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.     

酰化菌紫质动力学光谱的pH和离子强度依赖性

嗜盐菌紫膜(PM)上的菌紫质(bR)具有光驱动质子泵功能.它的7个跨膜螺旋形成一个内质子通道.全反视黄醛生色团通过质子化的希夫碱结合在通道中部的K216上.光照后,生色团C_(13)=C_(14)光异构化驱动质子从胞质一边由通道泵到膜外,并伴有一系列光循环中间态.其中关键的中间态是M412.它的希夫碱是去质子化的.它的形成和衰减涉及质子泵功能.M412由快组分(M~f)和慢组分(M~s)组成.一般认为M~s的衰减与希夫碱的重质子化有关.M~3的半衰期实际上间接反映了希夫碱重质子化速率.     

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.     

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.     

蜂毒与菌紫质分子的相互作用

蜂毒是蜜蜂毒液中的主要成分,在很低的浓度下就能使细胞膜溶解。为了弄清其作用机理,不少人进行了蜂毒与膜相互作用的研究。主要工作集中于蜂毒与脂质的相互作用。有关蜂毒与蛋白质相互作用的研究则很少。菌紫质分子是较理想的材料,其结构和功能都很清楚,对搞清蜂毒与膜的相互作用有很大的帮助。我们曾报道蜂毒对菌紫质分子的旋转扩散运动的影响。本文测量了蜂毒对于不同状态下的菌紫质分子的旋转扩散运动的作用,同时用电子显微镜冰冻断裂法观察了蜂毒引起的结构变化,提出蜂毒与菌紫质分子相互作用的模型。     

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.     

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     

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。     

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     

紫膜在存放过程中结构变化的透射电子显微镜和原子力显微镜研究

运用透射电子显微镜与原子力显微镜研究了紫膜样品存放过程中的结构变化，与新分离的样品相比较，存放3年以上的紫膜样品形成了许多脂质体。脂质体上的膜结合蛋白－细胞视紫红质（BR）与天然细胞膜中的BR一样是以三聚体的形式呈二维六角形晶格排列的，但在活体细胞中朝向细胞质的一侧在形成的脂质体中则朝向膜外侧。     

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     

Na~ /H~ 逆向转运蛋白NhaH短的C末端亲水域介导盐抗性和pH感应

Na /H 逆向转运蛋白在维持细胞质低的Na 浓度和pH稳态等生命活动过程中扮演重要角色,然而,到目前为止,对原核微生物Na /H 逆向转运蛋白的C末端亲水域的结构和功能还知之甚少.我们曾从达坂喜盐芽孢杆菌(Halobacillus dabanensis)D-8菌株中克隆得到第一个中度嗜盐菌来源的Na /H 逆向转运蛋白基因nhaH.疏水性分析表明,NhaH的C末端亲水域只包含9个氨基酸残基(395PLIKKLGMI403),大大短于与之高度同源的SynNhaP1和ApNhaP的C末端亲水域.本研究采用PCR方法,构建NhaH蛋白的C末端亲水域缺失突变体nhaH-C.耐盐性实验表明,C末端亲水域的缺失显著地抑制大肠杆菌缺陷株KNabc的互补能力.基于荧光强度的翻转膜活性测定结果显示,NhaH?C的Na /H 和Li /H 逆向转运蛋白活性显著低于NhaH,而且前者的Na /H 逆向转运蛋白活性向酸端偏移,表明Na /H 逆向转运蛋白NhaH短的C末端亲水域在阳离子结合、转运和pH感应上起重要作用.     

基于小波方法的蛋白质非规则二级结构预测

蛋白质的二级结构可以分为两类：规则二级结构和非规则二级结构，α螺旋和β折叠是典型的规则二级结构，它们的残基具有重复的主链转角，而且它们的N－H和C－O基团以氨键形式周期分布。相比之下，剩余的部分没有可重复转角，称之为非规则二级结构，对蛋白质氨基酸序列做了广泛的分析，结果表明，用连续小波变换可以对蛋白质氨基酸序列中的非规则二级结构进行有效的预测。     

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.     

SPG3A基因的一个新突变导致重症遗传性痉挛性截瘫

在一个重症、病情进展迅速的西藏遗传性痉挛性截瘫(HSP)家系的SPG3A基因中发现了一个以前未报道的致病性新突变, c.1228G > A (p.G410R). 这一突变发生在进化上高度保守的碱基上, 且在家系中与疾病表型共传递; 但在对照组中阙如. 蛋白质结构预测表明, 该p.G410R的改变发生在atlastin分子中鸟苷酸蛋白结合域与跨膜螺旋区的联结部位, 并且位于一个α 螺旋的起始点. 这一突变很可能破坏了这一跨膜螺旋结构, 并引起该分子内跨膜区整体结构的改变. 研究结果表明, SPG3A基因的突变可引起重症HSP, atlastin分子中鸟苷酸蛋白结合域与跨膜螺旋区间的联结部位可能在决定疾病的严重性上起重要作用. 本研究为SPG3A引起的HSP在表型严重性与atlastin分子结构改变程度之间可能存在的关系提供了证据.