紫膜与溶剂的相互作用

本文研究了溶剂正己烷,正十六烷,甲苯和二甲基甲酰胺(DMF dimethyl formamide)与紫膜的相互作用.吸收光谱,园二色谱和紫膜光循环中间产物M412的动力学过程的测量表明,在不同条件下,溶剂与紫膜能相互作用而影响到紫膜的光谱特性和光化学循环动力学过程.结果说明,在制作紫膜LB膜时,正己烷和正十六烷是合适的,使用二甲基甲酰胺时必须防止强光照射,甲苯则不能采用.     

菌紫质光循环后半程的动力学过程

用动力学光谱仪测量了不同条件下菌紫质照光后在４１０ｎｍ和５７０ｎｍ处的吸收值随时间的变化,并将得到的曲线用多种方程进行拟合,以找到其最适合的动力学方程式。再与不同类型的反应动力学方程相比较,从而得到有关菌紫质的毫秒量级的先循环后半程的信息。实验结果支持有关先循环的如下模型：中间产物Ｍ有两个并列的组分Ｍｆ和Ｍｓ其中Ｍｓ经Ｎ（还有Ｏ）返回到ｂＲ５７０,其中不排除返回反应存在的可能性。     

紫膜在含水凝胶中的定向和状态

用几种光谱学方法研究了紫膜凝胶的定向度、生色团视黄醛的状态以及其光循环中间产物M的动力学过程。结果表明:用通常采用的制备方法所得到的紫膜凝胶虽然能得到光电响应信号,但其定向度并不理想,生色团视黄醛的构象受到较大扰动,光循环中间产物M的产出及衰减也受到抑制,部分样品甚至由于其视黄醛的脱落而完全失去颜色,其质子泵功能也随之丧失。这说明虽然紫膜凝胶是目前研究紫膜质子泵机理(光电响应测量)和构造分子电子器件较好的和有希望的人工膜系统之一,但由于该系统对紫膜结构和功能的扰动仍然较大,紫膜的定向较难控制,所以,我们仍需在凝胶的形成体系及方法的改进上作大量工作。     

CHAPS对M_(412)的动力学和共振拉曼光谱的影响

研究了表面活性剂CHAPS对紫膜中菌紫质在光循环过程中M_(412)的衰减速率及质子泵功能的影响.光循环中间体M_(412)快、慢衰减组分的衰减速率及质子衰减速率均受到CHAPS的影响,综合激光拉曼光谱对M_(412)和其它光循环中间体相对含量的测定,表明CHAPS对紫膜的影响是通过影响其膜脂完整的液晶结构,而使紫膜光循环动力学过程及质子泵功能发生变化的.     

湿度和温度对酰化紫膜LB膜M衰减的影响

用闪光动力学光谱仪测量了酰化紫膜ＬＢ膜中Ｍ衰减速率的变化。酰化紫膜ＬＢ膜的衰减无论是悬浮液状态,还是ＬＢ膜中,均比未修饰的要慢。在温度为２０℃时,酰化紫膜ＬＢ随着相对湿度的增加,Ｍ衰减加快。在相对湿度较低时（ＲＨ３４—７５％）,变化较平缓,即Ｍ的衰减加快不明显;在相对湿度较高时（ＲＨ８４—９５％）,Ｍ衰减明显加快。温度的变化则随相对湿度不同而不同。相对湿度较低时,随着温度的升高,Ｍ衰减加快;相对湿度较高时,Ｍ衰减反而减慢。酰化紫膜悬浮液的Ｍ衰减随着温度的升高而明显加快．这说明酰化紫膜ＬＢ膜中ＢＲ水合程度可能是直接影响Ｍ衰减的因素之一。     

两种化学修饰菌紫质的光化循环和光电位

本文分别用两种氮氧自由基对菌紫质(bR)中的两种氨基酸残基——赖氨酸和丝氨酸进行了修饰,并对修饰后的bR光循环中间产物M_(412)动力学过程、质子泵效率及光电响应信号进行了测量。通过与正常紫膜进行比较,可以看出:赖氨酸被修饰后,M_(412)快、慢组分的衰减及质子的吸收过程均减慢,M_(412)和质子的产额、跨膜光电位信号均有不同程度的提高;丝氨酸被修饰后,M_(412)和质子的动力学过程的变化与赖氨酸基本相同,但M_(412)和质子的产额及跨膜光电位提高很大,且光电位出现缓慢反向现象。结果表明赖氨酸不大可能直接参与质子的传递过程,其对紫膜质子泵的影响主要是通过其所带电荷对表面电位的贡献;而丝氨酸却似乎对bR的功能影响很大并对维持质子通道构象环境的稳定起着很大作用。     

水在菌紫质光循环和质子泵中的作用

用圆二色仪和闪光动力学先谱仪分别测量了空气干燥紫膜薄层的圆二色谱及紫膜LB膜的M_(412)的衰减过程.在于燥紫膜的圆二色谱上出现412nm的正峰,它是光循环中间体M_(412)的特征峰.在无水介质中,紫膜LB膜中的BR仍能进行先化学循环而检测到中间体M_(412),但M_(412)的衰减速度减慢,产生M_(412)的堆积,质子化过程受阻.在有水的介质中,只要有足够的H~+存在,紫膜LB膜中的BR的中间体M_(412)的衰减速度明显加快.说明水介质的H~+是完成正常光化学循和质子化过程必不可少的.     

两种状态细菌视紫红质光循环中间产物与pH的关系

本文主要用微机控制的毫秒级闪光动力学光谱仪研究含三体细菌视紫红质(Bacteriorhodopsin,简称BR)的紫膜碎片和含单体BR的DMPC(dimyristoyl-Phosphatidyl-choline)脂质囊泡在不同pH条件下光循环中间产物M_(412)和O_(640)的变化,研究结果表明:BR单体与其三体状态相比,BR单体的光循环中间产物M_(412)的产量受介质pH变化的影响较大,其慢衰减成份的衰减比三体BR慢3—10倍.说明单体BR的结构状态较易受PH影响,单体BR光循环中间产物O_(640)随pH变化的趋势与三体BR的有很大区别,可能是由于不同状态的BR受pH的影响,但其具有不同的构型,导致光循环途径的变化.     

酶切菌紫质(bR)C端对紫膜光循环和质子泵效率的影响

本文研究紫膜悬浮液经低剂量木瓜蛋酶处理去掉菌紫质(Bacteriorhodopsin简写bR)分子C-末端后。其光循环产物和质子泵效率的变化。实验发现经酶切后,M_(412)产物中慢衰减组份M_(412)降低了20％,O_(640)降低了50％,而质子泵效率降低了70％。双光脉冲实验表明酶解作用并不影响光循环周期。这些事实说明了去C-端所引起的质子泵效率降低,不是通过光循环的途径而产生的。介质中离子强度对正常紫膜和酶解紫膜的质子泵效率有明显不同的影响 说明了C端在不同盐浓度中的构象对质子泵行为有很重要的作用。     

肼类与蓝膜的相互作用

采用紫外可见光谱、动力学光谱和荧光光谱,研究了肼、甲基肼和偏二甲基肼与蓝膜的相互作用。结果表明这些肼类都可使蓝膜恢复为紫膜,并恢复紫膜原有的光循环方式。但是,中间体(M412)的衰減速率加快,这在金属离子重组紫膜中没有发生。另外,当肼加入蓝膜时,荧光光谱没有明显变化;而去掉金属离子的蓝膜,其荧光強度明显增加。     

离子强度、温度及表面活性剂Triton X-100对紫膜质子泵效率的影响

用毫秒级闪光动力学光谱仪研究了离子强度、温度及表面活性剂Triton X-100对紫膜质子泵效率的影响。结果表明:紫膜溶液中适量离子的加入可使其质子泵效率(H~+/M_(412))显著提高(纯水中,H~+/M_(412)—0.56,而在150mM KCl中可达—1.3),高价离子的影响显然远大于低价离子;在5℃—50℃的较大温度范围内,紫膜的质子泵效率变化不大,但当温度升至60℃以上时,紫膜的质子泵效率迅速下降直至为零;非离子表面活性剂Triton X-100的加入对紫膜的质子泵效率影响不大,仅随Triton量的增加而略微下降。以上实验现象,直接或间接地说明了离子在紫膜质子泵功能中的重要作用。就此对离子及脂在紫膜质子泵中的作用机制进行了进一步的探讨。     

紫膜上菌紫质(BR)分子间光协同作用研究

菌紫质（ＢＲ）光循环中Ｍ４１２产物受作用光强调制的现象完全可以用紫膜上ＢＲ三聚体内的光协同效应来解释。这种协同效应不仅与紫膜上ＢＲ呈三聚体的聚集状态有关,也与ＢＲ分子在紫膜上的晶型有序排列有关。紫膜在碱性介质中,加温至５０－６０℃时,三聚体仍然存在,但晶格结构已有破坏,此时也不存在协同效应。     

pH对紫膜表面电位的影响

用荧光标记物1,8-AMS与紫膜结合,测量了能化态和非能化态下紫膜表面电位随介质pH的变化.在pH5.5以下,紫膜表面电位随pH的降低而下降,但囊泡中的紫膜表面电位变化幅度较大;在pH5.5以上,处于非能化态的紫膜(无论是紫膜碎片还是处于囊泡中)的表面电位都没有明显变化,处于能化态时,紫膜碎片的表面电位在pH9.2出现一个峰.     

四株盐杆菌中类紫质分子的探测

研究了四株盐杆菌Halobacterium sp. xiz 515.H.sp.dal s_2-1和H.sp.ausH_3a光驱动的质子泵功能及相应视黄醛蛋白的光化学反应.用pH电极测定了细胞悬浮液和胞外被膜(cellenvelope)介质中的光致△pH变化.实验发现,xiz.515和dals_2-1在照光时介质酸化.而另两株则相反,介质碱化.在这些盐杆菌中,进行了细胞膜各组份离心分离,其操作过程如同在Hhalobium上R中分离紫膜一样.最后得到的相应于紫膜组份的细胞膜中,没有发现表微菌紫质(BR)分子存在的吸收峰值.但是,在动力学光谱仪上却都发现此组份内具有与BR分子类似的光循环反应.本文假定,在这些盐杆菌中存在有微量的BR或类BR分子,它们以单体形式分散的小的聚集体散落在部份细胞膜上.     

微型机控制的毫秒级动力学光谱仪及其在观察嗜盐菌紫膜光循环中的应用

本文报导一种毫秒级动力学光谱仪。此仪器由微型机Apple Ⅱ来操作和控制。文中报导了软件的设计及其特点。此仪器已用于观察菌紫质(bR)的光循环。     

膜脂环境对紫膜蛋白的影响

紫膜蛋白菌紫质（bacteriorhodopsin,BR）处于不同的膜脂环境中,通过吸收光谱、荧光光谱和闪光动力学光谱的测定,比较了3种不同膜脂环境对菌紫质分子结构和功能的影响。实验结果表明：天然膜脂是BR最稳定的膜脂环境,可以形成以三聚体为单位的二维六角形品格结构。二豆蔻酰脂酰胆碱（dimyristoyl phosphatidylcholine,DMPC）也是BR分子的稳定脂环境,但以单体形式存在于膜脂环境中,功能受到一定影响。经TritonX-100增溶处理的紫膜膜脂环境中BR为单体,不稳定,容易发生结构和功能的变化。     

肼对蓝膜的影响

利用紫外可见吸收光谱和动力学光谱法研究了无水肼对蓝膜的影响,研究结果表明:无水肼可以使蓝膜转化为紫膜,同时光循环也得到恢复,但是光循环中间体M412的衰减加快,这与金属阳离子加入到蓝膜溶液中时的现象是完全不同的(这个过程中M412的衰减是减慢的).同时研究了pH和温度对无水肼与蓝膜之间相互作用的影响.在无水肼加入到蓝膜溶液中时,重组反应的灵敏度是pH和温度依赖的.在pH4.8到pH2之间,灵敏度随酸性的增加而降低.在20～40℃之间,无水肼与蓝膜溶液的反应灵敏度随着温度的升高而降低.     

酰化菌紫质的动力学光谱及光电特性研究

用人工双分子膜(BLM)技术及动力学光谱研究了赖氨酸残基在紫膜的结构和功能中所起的作用.酰化基团与菌紫质(bR)分子中的赖氨酸残基的ε氨基作用,使光照后bR的跨膜质子迁移信号及膜的充放电速度变慢,光循环中间产物M412的产量下降,半衰期延长.但UV/Vis吸收光谱表明酰化并未破坏bR中视黄醛的构象环境.在高pH或高盐浓度下,酰化的影响降低.这些结果表明:赖氨酸残基并不是泵出质子的提供者,没有直接参与质子的跨膜输运,而是通过表面电位来影响bR的质子泵功能.     

菌紫质分子的重组对结构及运动的影响

本实验用闪光诱导的瞬间二向色性方法分别测量了用全反视黄醛重组以及用四溴荧光素标记的菌紫质分子在脂质囊泡膜中的旋转扩散运动以及吸收过程随时间的变化(寿命).用全反视黄醛重组后不影响菌紫质分子在膜中的旋转扩散运动,它们与蜂毒的相互作用也无明显差别.用四溴荧光素标记的菌紫质分子的寿命很短,不可能用于测量菌紫质分子在膜中的旋转运动.     

蜂毒突变体对紫膜质子泵功能的影响

具有光驱动质子泵功能的嗜盐菌紫膜是一种被广泛研究的生物膜系统。利用毫秒级闪光动力学谱仪研究蜂毒不同突变体对紫膜质子泵功能的影响。实验采用对硝基苯酚（ｐ－ｎｉｔｒｏｐｈｅｎｏｌ）作为ＰＨ敏感染料来研究紫膜蛋白－菌紫质（Ｂａｃｔｅｒｉｏｒｈｏｄｏｐｓｉｎ,简称）的光反应和质子泵功能。在初步的实验中发现,在一定的温度范围内,光循环过程随着温度的升高而加快,质子泵功能却基本保持不变。另外,由于蜂毒突变体具有不同的插膜特性和不同的电荷量,通过比较它们对ＢＲ质子泵功能的影响,揭示了蜂毒小肽Ｃ端和Ｎ端的不同带电状态对质子泵功能所起的作用不同。实验结果有力地证实了蜂毒或其突变体与菌紫质蛋白具有直接的相互作用,这种相互作用的强弱与蜂毒突变体电荷的多少密切相关