螺旋藻藻胆体核心复合物结构与功能的研究──四种变藻蓝蛋白复合物的分离及光谱特性的研究

从螺旋藻（Ｓｐｉｒｕｌｉｎａｐｌａｔｅｎｓｉｓ）的藻胆体中分离出四种不同光谱形线的变藻蓝蛋白（ＡＰＣ）复合物：ＡＰＩ,ＡＰⅡ,ＡＰⅢ,ＡＰＢ,利用吸收光谱,荧光光谱（室温和低温）以及荧光激发偏振光谱比较了ＡＰＣ复合物三聚体和单体的光谱特性,四种ＡＰＣ复合物三聚体的最大吸收和最大发射峰位置各不相同,ＡＰⅡ和ＡＰⅢ位于短波区（最大吸收波长在～６５０ｎｍ,最大发射波长在６６２～６６４ｎｍ）ＡＰＩ和ＡＰＢ     

螺旋藻变藻蓝蛋白内能量传递机制的研究

利用ｐｓ时间分辨荧光光谱技术研究两种不同结构变藻蓝蛋白复合物ＡＰ６６５和ＡＰ６６０内能量传递过程,讨论了变藻蓝蛋白三聚体和单体内激发态作用机制。结果表明,ＡＰＣ单体只有一个短寿命（７５ｐｓ）,来源于其两个亚基α８４／β８４间能量传递过程,另一长寿命（１０８０ｐｓ）是β８４基态恢复的平衡时间。两种ＡＰＣ三聚体均含有一个短寿命组分,从１６ｐｓ（ＡＰ６６０）到４８ｐｓ（ＡＰ６６５）,它们来源于三聚体内互为Ｃ３对称单体内α８４／β８４间能量传递过程。ＡＰ６６０由于结构对称性低出现的短寿命组分（１０６ｐｓ）,可指认为低对称单体的α８４／β８４之间能量传递时间常数。连接多肽对ＡＰＣ三聚体性质的影响明显地表现在其荧光衰减动力学过程中。     

R-藻蓝蛋白的分离及其结构表征

本文对传统藻胆蛋白的分离方法进行改进,利用柱层析法直接从新鲜多管藻提取分离出纯的Ｒ－藻蓝蛋白。分别用凝胶柱层析法和电泳法测定了其分子量。结果表明：通常实验条件下：Ｒ－藻蓝蛋白的最稳定聚集态是三聚体,其分子量为１２２．８ＫＤ,它由分子量分别为１８．１ＫＤ（α）和２０．５ＫＤ（β）两个亚基组成,其分子组成为（αβ）３。利用吸收和荧光光谱研究了Ｒ－藻蓝蛋白的光谱性质。Ｒ－ＰＣ的三聚体在可见光范围有两个明显的吸收峰,分别为５４６ｎｍ和６１４ｎｍ,与同系的Ｃ－ＰＣ和ＰＥＣ明显不同,表明各类色团光谱特性在三聚体状态基本不变,说明三聚体内色团间无强相互作用。Ｒ－ＰＣ荧光发射峰位于６４０ｎｍ,与同系的Ｃ－ＰＣ和ＰＥＣ基本一致,说明三聚体保证了高效的能量传递。单体的荧光发射呈现双峰（５６６ｎｍ,６４３ｎｍ）,说明单体内能量传递效率不高。从光谱性质可知,在ＰＣ家族中,Ｒ－ＰＣ具有最高的光能捕获效率     

光动力复合藻胆蛋白及其分子内能量传递现象

通过杂双官能团偶联试剂,３－（２－吡啶联疏基）丙酸Ｎ－羟基琥珀酰亚胺酯（ＳＰＤ）,我们合成了Ｒ－藻红蛋白（Ｒ－ＰＥ）与变藻蓝蛋白（ＡＰＣ）的共轭复合物。这种光动力复合藻胆蛋白具有一些特别的光物理性质,如很大的ｓｔｏｋｅｓ位移（约１７０ｕｍ,４９０ｎｍ激发,６６５ｎｍ发出荧光）、高效的分子内能量传递效率等。复合物中Ｒ—ＰＥ与ＡＰＣ的摩尔比为１４,且Ｒ—ＰＥ和ＡＰＣ在复合物中保持了它们各自的光谱性质。通过荧光发射光谱,我们观察到了这种复合藻胆蛋白的分子内能量传递现象,计算表明从Ｒ—ＰＥ到ＡＰＣ的分子内能量传递效率为６５％。二硫苏糖醇（ＤＴＴ）对复合物中联结Ｒ—ＰＥ与ＡＰＣ间的脂族二硫桥键的还原导致分子内能量传递的阻断这一现象进一步证实了复合物中存在分子内能量传递现象。根据Ｆｏｒｓｔｅｒ能量转移机理,计算得出给体与受体发色团间距离为７２Ａ,这一距离与两种蛋白的大小是基本相符的。     

嗜热蓝藻优雅粘囊藻藻胆体的特性和别藻蓝蛋白的亚基组成

研究了优雅粘囊藻藻胆体（ＰＢＳ）的特性。从聚丙烯酰胺凝胶电泳（ＰＡＧＥ）、吸收光谱和二阶导数图谱可证明,它的ＰＢＳ含有一种红色藻胆蛋白,两种Ｃ－藻蓝蛋白和三种别藻蓝蛋白。但是,用ＰＡＧＥ和羟基磷灰石柱层析分离和纯化所得藻胆蛋白,一般仅得到一种Ｃ－ＰＣ和一种亚基组成特殊的别藻蓝蛋白ＡＰＣ。这种ＡＰＣ吸收光谱和荧光发射相同于已报告的ＡＦＣ６６０ｎｍ。但是它的亚基组成是（αα′ββ′）２而不是（α′α２β２β′）Ｌｃ１０或（αβ）３。     

假根羽藻外周天线色素分子间能量传递

假根羽藻外周天线捕光色素蛋白复合物(L ight-harvesting Comp lex II,LHC II)在不同聚集态的情况下,它所包含色素分子间的能量传递是不同的。采用荧光发射光谱和激发光谱技术对不同聚集态(单体、三聚体和寡聚体)的LHC II进行研究,发现三聚体中色素分子间的能量传递效率比较高,单体要小一些。520 nm激发下,类胡萝卜素分子向叶绿素a分子的能量传递效率:三聚体约为64%、单体约为56%;650 nm激发下,叶绿素b分子向叶绿素a分子的能量传递效率:三聚体约为89%、单体约为78%。寡聚体的能量传递要复杂些,从光谱分析出它包含两种不同吸收光谱特性的叶绿素b分子,吸收峰分别为480 nm和468 nm,其中蓝区吸收峰为480 nm的叶绿素b分子向发射685 nm荧光的叶绿素a分子的能量传递效率要小于75%。     

光系统Ⅱ核心复合物的稳态荧光光谱

在83K和160K两个温度下,通过激发波长对荧光发射谱的影响研究了光系统Ⅱ中核心复合物的荧光光谱特性。用不同波长的光激发,核心复合物的发射谱的最大发射峰值不变,用480、489、495和507nm的光分别激发核心复合物,其光谱最大峰值处的荧光强度随不同激发波长下β-胡萝卜素分子的吸收强度的增大而降低,在长波长区域光谱的变化依赖于首先被激发的色素分子。所以,激发波长的不同影响着核心复合物中能量传递的途径。通过高斯解析,分析出核心复合物中至少存在有7组叶绿素a组分,它们是Ch1 a660,Ch1 a670,Ch1 a680,Ch1 a682,Ch1 a684,Ch1 a687和Ch1 a690。     

嗜热蓝藻优雅粘囊藻藻胆体的特性和别藻蓝蛋白的亚基组成

研究了优雅粘囊藻藻胆体的特性。从聚丙烯酰胺凝胶电泳、吸收光谱和二阶导数图谱可证明,它的ＰＢＳ含有一种红色藻胆蛋,两种Ｃ－藻蓝蛋白和三种别藻蓝蛋白。但是,用ＰＡＧＥ和羟基磷灰石柱层析分离和纯化所得藻胆蛋白,一般仅得到一种Ｃ－ＰＣ和一种亚基组成特殊的别藻蓝蛋白ＡＰＣ。这种ＡＰＣ吸收光谱和荧光发射相同于已报告的ＡＰＣ６６０ｎｍ。但是它的亚基组成是（αα＇ββ＇）２而不是（α＇α２β２β＇）Ｌｃ＾１０或α     

蓝藻(Cyanobacteria)藻胆体内核结构与功能的研究I.变藻蓝蛋白六聚体(αβ)5APβ16.3LCM42分离及其表征

利用藻胆体温和解离的方法和超速离心分离技术首次得到了变藻蓝蛋白六聚体,并通过光谱技术,凝胶柱过滤柱色谱方法,和ＳＤＳ－ＰＡＧＥ电泳方法以及蔗糖密度超速离心方法对其进行表征。结果表明：该变藻蓝蛋白六聚体的最大吸收峰（λＡｍａｘ＝６５２ｎｍ）,荧光发射峰位于６６６ｎｍ,并且在６８０ｎｍ处有一明显肩峰;其分子量大约为２４０ＫＤ左右;其分子组成为（αβ）５ＡＰβ１６．３ＬＣＭ４２;离心沉降系数为１２Ｓ（０．２－０．５ｍｏｌ／Ｌ线性蔗糖密度梯度于０．０５ｍｏｌ／Ｌ磷酸盐缓冲液）。该六聚体在５ｍｍｏｌ／Ｌ磷酸盐缓冲液（ｐＨ＝７．０）发生解离,通过羟基磷灰石柱分离可得到两种变藻蓝蛋白三聚体（αβ）３ＡＰ和（αβ）２ＡＰβ１６．３ＬＣＭ４２,这说明该变藻蓝蛋白六聚体是由两个变藻蓝蛋白三聚体组成;通过差谱的方法得出锚蛋白的吸收光谱（λｍａｘ＝６６０ｎｍ）;根据稳态光谱测定的结果,推断出锚蛋白碎片ＬＣＭ４２的光谱性质与整个锚蛋白的光谱性质相同,进而得出ＬＣＭ４２保留了整个锚蛋白中的发色团,因而保留了其传递能量的功能。利用光谱数据和晶体结构数据讨论了该六聚体内能量传递途径     

荧光光谱法研究铈离子与二棕榈酰磷脂酰胆碱（DPPC）脂质体的相互作用

通过荧光光谱法研究了稀土元素Ｃｅ３＋与二棕榈酰磷脂酰胆碱（ＤＰＰＣ）脂质体的相互作用,结果表明,Ｃｅ３＋－ＤＰＰＣ体系的激发波长在２４７ｎｍ,２９４ｎｍ,发射波长在３４４ｎｍ,与水合Ｃｅ３＋的荧光光谱完全不同。这表明Ｃｅ３＋与ＤＰＰＣ形成了复合物,该复合物的荧光光谱同Ｃｅ３＋－ＤＨＰ复合物的荧光光谱一致。可以认为Ｃｅ３＋与ＤＰＰＣ分子上的磷酸基团相作用。     

光系统II核心复合物的稳态荧光光谱(英文)

在 83K 和 160K 两个温度下,通过激发波长对荧光发射谱的影响研究了光系统II中核心复合物的荧光光谱特性。用不同波长的光激发,核心复合物的发射谱的最大发射峰值不变,用 480、489、495 和 507nm 的光分别激发核心复合物,其光谱最大峰值处的荧光强度随不同激发波长下β-胡萝卜素分子的吸收强度的增大而降低,在长波长区域光谱的变化依赖于首先被激发的色素分子。所以,激发波长的不同影响着核心复合物中能量传递的途径。通过高斯解析,分析出核心复合物中至少存在有 7组叶绿素a组分,它们是Chla660,Chla670,Chla680,Chla682,Chla684,Chla687和Chla690。     

荧光光谱法研究铈离子与二棕榈酰磷脂酰胆碱（DPPC）脂质体的相互作用

通过荧光光谱法研究了稀土Ｃｅ＾３＋与二棕榈酰磷脂酰胆碱（ＤＰＰＣ）脂质体的相互作用,结果表明,Ｃｅ＾３＋－ＤＰＰＣ体系的激发波长在２４７ｎｍ,２９４ｎｍ,发射波长在３４４ｎｍ,与水合Ｃｅ＾３＋的荧光光谱完全不同。这表明Ｃｅ＾３＋与ＤＰＰＣ形成了复合物,该复合物的荧光光谱同Ｃｅ＾３＋－ＤＨＰ复合物的荧光光谱一致,可以认为Ｃｅ＾３＋与ＤＰＰＣ分子上的磷酸基团相作用。     

用飞秒吸收光谱对PSⅡ颗粒及核心复合物原初反应的动力学研究

光合作用的核心问题之一是光合作用的原初反应,即光能的高效吸收、传递和转化的机理。本研究采用飞秒吸收技术,通过以４００ｎｍ激发,５２０～７００ｎｍ连续探测,对ＰＳⅡ颗粒及核心复合物中的能量传递、电荷分离等过程进行了研究。在ＰＳⅡ颗粒中,得到的０．１６ｐｓ,２．８ｐｓ和２０．９ｐｓ等过程为在光系统Ⅱ捕光天线复合物（ＬＨＣⅡ）中的能量传递过程,而８．６ｐｓ过程为由ＬＨＣⅡ向ＰＳⅡ核心和反应中心的能量传递过程。在ＰＳⅡ核心复合物中,得到的０．３５ｐｓ和１１．２ｐｓ过程与ＰＳⅡ内周天线之间的能量传递过程有关,而２．９ｐｓ和２０．１ｐｓ过程可能为电荷分离过程或与ＰＳⅡ反应中心有关的能量传递过程。     

蓝藻藻胆体与菠菜光系统Ⅱ颗粒之间的能量传递

制备了嗜热蓝藻优雅粘囊藻（ＭｙｘｏｓａｒｃｉｎａｃｏｎｃｉｎｎａＰｒｉｎｔｚ）的藻胆体和菠菜（ＳｐｉｎａｃｉａｏｌｅｒａｃｅａＭｉｌ．）的光系统Ⅱ颗粒,测定了它们的吸收光谱和低温荧光光谱。研究了藻胆体与菠菜光系统Ⅱ颗粒的能量传递。发现藻胆体不仅能将吸收的光能有效地传递给菠菜的光系统,而且能量传递的效率随着反应体系离子强度的升高而升高（ＫＨ２ＰＯ４,０１～０．５ｍｏｌ／Ｌ）。用５５８ｎｍ的光激发,可以测到菠菜光系统Ⅱ颗粒的放氧活性显著升高,进一步表明藻胆体可以将激发能传递给菠菜的光系统Ⅱ。     

蓝藻藻胆体与类囊体膜之间光能传递的研究

从嗜热蓝藻优雅粘囊藻（Ｍｙｘｏｓａｒｃｉｎａ ｃｏｎｃｉｎｎａ Ｐｒｉｎｔｚ．）中分离到具有放氧活性的藻胆体－类囊体膜复合物。它的吸收峰位于６８０、６２８、４９０、４３８和４２０ ｎｍ ,在低离子强度（０．１～０．４ ｍ ｏｌ／Ｌ）磷酸缓冲液中的６６４ ｎｍ 荧光发射峰随离子强度的降低而升高,７１８ ｎｍ 荧光发射峰与此相反（７７ 。Ｋ,Ｅｘ＝ ５８０ ｎｍ ）。当把游离的藻胆体和已解离去藻胆体的类囊体膜在蔗糖磷酸缓冲液中重组时,随时间延长（０～６０ ｍ ｉｎ）,７１８ ｎｍ 荧光发射峰逐渐升高,６８５ ｎｍ 荧光发射峰逐渐下降（７７ 。Ｋ,Ｅｘ ＝ ５８０ ｎｍ ）,表明藻胆体与类囊体之间的解离和结合对光能传递的影响     

多管藻中R-藻蓝蛋白能量传递途径及动力学

以蛋白亚基复性技术和皮秒级时间分辨荧光光谱,研究海洋红藻多管藻中R－藻蓝蛋白（R－PC）单体和三聚体内能量传递过程。利用亚基复性技术对分离后的β亚基复性,以R－藻蓝蛋白单体和β亚基之间的差谱获得α亚基的吸收光谱。皮秒级时间分辨三维谱图（时间、波长和强度）直观地显示出藻红胆素发色团向藻蓝胆素发色团的能量传递;根据时间分辨测量结果的组份解析,对R藻蓝蛋白单体和三聚体内能量传递途径和相关传递参数进行了指认和讨论;对观察到的单体与三聚体能量传递组份特性的差别提出了解释。与C－藻蓝蛋白光谱对比,R－藻蓝蛋白独特的色团组成使其更有效地捕获与传递光能。     

蓝藻(Cyanobacteria)藻胆体内核结构与功能的研究I.变藻蓝蛋白六聚体(αβ)5APβ16.3LCM42分离及其表征

利用藻胆体温和解离的方法和超速离心分离技术首次得到了变藻蓝蛋白六聚体,并通过光谱技术,凝胶柱过滤柱色谱方法,和ＳＤＳ－ＰＡＧＥ电泳方法以及蔗糖密度超速离心方法对其进行表征。结果表明：该变落蓝蛋白六聚体的最大吸收峰（λ＾Ａｍａｘ＝６５２ｎｍ）,荧光发射峰位于６６６ｎｍ,并且在６８０ｎｍ处有一明显肩峰;其分子量大约为２４０ＫＤ左右;其分子组成为（αβ）５＾ＡＰβ＾１６．３ＬＣＭ＾４２;离心沉降系数为１     

蓝藻(A.variabilis)藻胆体核结构与功能的研究II.变藻蓝蛋白六聚体内能量传递过程的物理机制

以变藻蓝蛋白的晶体结构和光谱性质为基础,利用密度矩阵理论对变藻蓝蛋白六聚体内的激发能传递物理机制进行分析,并利用时间分辨荧光光谱技术对其能量传递途径进行实时探测。结果表明：在变藻蓝蛋白六聚体内,色素对（毗邻单体上的色素αｉ８４βｊ８４,其中ｊ＝ｉ±１,和β＊ＬＣＭ４２）内的能量传递服从激子偶极－偶极相互作用机制;而色素对之间的能量传递机制则为Ｆｒｓｔｅｒ偶极－偶极相互作用机制,并且其能量传递途径分为两类：（１）．两个变藻蓝蛋白三聚体之间色素对的能量传递,其时间常数大约为１５ｐｓ左右;（２）．同一变藻蓝蛋白三聚体内色素对间的能量传递,在ＡＰＩＩ三聚体内,其能量传递时间大约为４５ｐｓ左右,而在ＡＰＩ三聚体内,其能量传递时间常数为４５ｐｓ和６５ｐｓ。     

蓝藻(A.variabilis)藻胆体核结构与功能的研究II.变藻蓝蛋白六聚体内能量传递过程的物理机制

以变藻蓝蛋白的晶体结构和光谱性质为基础,利用密度矩阵理论对变藻蓝蛋白六聚体内的激发能传递物理机制进行分析,并利用时间分辨荧光光谱技术对其能量传递途径进行实时探测。结果表明：在变藻蓝蛋白六聚体内,色素对（毗邻单体上的色素αｉ８４βｊ８４,其中ｊ＝ｉ±１,和β＊ＬＣＭ４２）内的能量传递服从激子偶极－偶极相互作用机制;而色素对之间的能量传递机制则为Ｆｒｓｔｅｒ偶极－偶极相互作用机制,并且其能量传递途径分为两类：（１）．两个变藻蓝蛋白三聚体之间色素对的能量传递,其时间常数大约为１５ｐｓ左右;（２）．同一变藻蓝蛋白三聚体内色素对间的能量传递,在ＡＰＩＩ三聚体内,其能量传递时间大约为４５ｐｓ左右,而在ＡＰＩ三聚体内,其能量传递时间常数为４５ｐｓ和６５ｐｓ。     

褐藻裙带菜中PSⅡ复合物及其亚复合物的分离和特性研究

用不连续梯度蔗糖密度超离心,从经Triton X-100增溶的褐藻裙带菜类囊体膜中分离到3种色素蛋白复合物条带,分别是捕光复合物、具有光氧化活性的PSⅡ复合物颗粒（区带Ⅱ）以及PSⅠ（区带Ⅲ）。PSⅡ颗粒经毛地黄皂苷增溶后,再次超离心分离得到3条PSⅡ的亚复合物条带。吸收和荧光激发谱显示其中的区带Ⅱ-1为墨角藻黄素-Chl a／c-蛋白复合物,区带Ⅱ-2为Chl a／c-蛋白复合物,两者都只含20kDa多肽;而鲜绿色的区带Ⅱ-3为不含捕光复合物的活性PSⅡ核心。