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     

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。     

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     

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.     

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     

嗜盐细菌的紫膜分离

嗜盐细菌(Halobacteria)的细胞原生质膜含有一种特殊的组成部分,称作紫膜(Purple membrane)。它是由一种单纯类视紫蛋白和脂质组成的。紫膜可以吸收光能并定向转移质子横过膜,使膜两侧产生质子梯度,同时将所吸收的光能以质子梯度形式部分储存起来,用于合     

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     

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.     

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.     

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。     

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.     

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。     

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。     

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。     

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     

生物芯片

有些生物分子和生物功能可以在电子器件中利用,例如从嗜盐细菌中分离出来的噬菌调理素,经过光照射以后,可以起质子泵的作用,具有顺-反开关功能,在存储器和开关器件中有实用价值。又如铁原子的分子中所含的细胞色素C和细胞色素C_3,可以用作存储器元件。因此,用生物分子可以具体做成生物芯片。生物芯片模型的研究主要是研究低等动物的神经系统,一开始是从分子水平上研究神经轴突的神经刺激、突触的神经传递系统、神经中枢的信息处理系统。例如,用鱿鱼作为模型,控制背部细胞体质的神经刺激,制成一个新模型,用作神经膜;应用一种低等线虫的神经系统来说明信息处理方法;     

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     

光电双活性偶氮苯自组装单分子膜的设计

具有光化学和电化学活性的有机分子在功能器件开发方面具有潜在的应用前景 偶氮苯衍生物是典型的化合物之一,如图1A所示,它具有光致顺反异构化和电化学氧化还原反应的双重活性.利用偶氮苯衍生物有序分子组装体系的光电化学性质,我们提出了“单向循环”的新型信息存储原理.在过去的工作中,我们利用Langmuir.Blodgett技术将偶氮苯长链脂肪酸衍生物分子固定在ITO导电玻璃上而形成高度有序的单分子膜.由于偶氮苯衍生物分子是物理吸附在基底上,在反复进行光化学及电化学测试过程中,常常脱落到电解质溶液中,从而造成单分子膜的脱落;同时偶氮苯从反式到顺式过程伴随着空间的增大,因此在致密有序的LB膜中顺反异构化效率较低.我们利用自组装技术将偶氮苯衍生物通过与基底的