锰簇对光系统Ⅱ蛋白二级结构的影响及其与光抑制的关系

用羟胺将光系统Ⅱ中的锰去除后,可导致光系统Ⅱ的蛋白二级结构组成发生变化,表现在α－螺旋成分的减少及转角和折叠成分的增加。将锰重组进光系统Ⅱ后,蛋白的二级结构不能恢复,并导致转角和折叠成分向无规卷曲转化。去锰后的光系统Ⅱ所发生的由供体侧电子传递受阻引起的光抑制,会在短时间内引起蛋白的构象变化。但锰重组后其在光抑制下的构象变化与正常样品相似,说明此时供体侧的电子传递得到部分恢复,光抑制部分地转移到受体侧。     

紫膜BLM的光电位与非质子离子迁移

嵌入紫膜碎片的BLM系统在不同离子强度的介质中产生不同的光电位信号。本文通过在介质中加入离子载体或离子通道剂对紫膜的光电响应信号进行了系统的研究。结果表明:上述光电位信号的差异主要是由紫膜的非质子离子的迁移引起的。与紫膜的质子跨膜迁移相比,这种非质子离子迁移也是由光驱动的,随介质的离子强度的增强而显著增强,但它的迁移速率更快,且产生反向的光电位。用通常方法所获得的光电位信号主要是这两种迁移信号的迭加。三价阳离子(La~(3+))可使紫膜质子泵反向并能抑制质子的吸收,但它似乎并不参与紫膜的非质子离子迁移。     

蜂毒素与紫膜的相互作用机理研究──与三种表面活性剂的比较

用吸收光谱和圆二色谱的方法研究了蜂毒素与嗜血菌紫膜的相互作用机理．通过与三种在结构和电荷上不同的表面活性剂与紫膜的作用相比较,可以年出蜂毒作为带正电荷的分子与同样带正电的表面活性剂ＤＴＡＢ在引起紫膜凝聚方面表现相同;但在对紫膜可见光区的吸收光谱和圆二色谱的影响上却与具有刚性结构的ＣＨＡＰＳ相似,表明蜂毒可在紫膜表面以一种刚性较大的构象（如α螺旋）存在,不能进入膜蛋白流水区的深层．另外,从紫膜－Ｔｒｉｔｏｎ－蜂毒混合作用体系的研究中得到如下推测：蜂毒与Ｔｒｉｔｏｎ竞争菌紫质分子周围的结合位点,可排斥位于菌紫质周围的Ｔｒｉｔｏｎ分子．表明蜂毒具有比Ｔｒｉｔｏｎ更强的与菌紫质的亲和力,从而提供了支持蜂毒分子存在与膜蛋白－菌紫质的直接相互作用的有力证据．     

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。     

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.     

菌紫质光循环后半程中的构象变化及路径

适量乙醇加入紫膜悬浮体系可使菌紫质的光循环中间体Ｍ的衰减和ＢＲ的回复速率呈现截然不同的变化趋势。介质粘度的增加可使光循环后半程的速率下降,但其作用机理完全不同于由其它试剂如表面活性剂引起的速率下降。实验结果支持了部分Ｍ直接返回ＢＲ的假设,并且表明其中伴随着较大的蛋白质构象变化。另外,在Ｍ经主途径Ｍ→Ｎ→０→ＢＲ返回ＢＲ的过程中,也存在着较大的蛋白质构象变化。     

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。     

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。     

蜂毒对菌紫质(bR)光循环中间体M_(412)和质子泵的影响

蜂毒对菌紫质(bR)光循环中间体M_(412)及质子泵的动力学过程有较大影响.表现在M_(412)慢衰减组分(M_(412~S))和质子的半衰期增大及产出量的减小,说明蜂毒分子的介入抑制了M_(412)的生成和衰减过程,同时也阻碍了紫膜的质子泵功能.但似乎对M_(412)快衰减组分影响不大.以上结果支持了M_(412~S)与质子泵功能有关的说法.实验结果同时反映出蜂毒除与膜脂分子存在强烈作用外还与bR本身直接作用.因此,蜂毒是一种研究膜脂蛋白相互作用及膜蛋白功能的较好材料.