细菌视紫红质光循环中间体M412的动力学初探

采用紫外可见吸收光谱技术和闪光光解技术,初步观察了细菌视紫红质(BR)分子在宽pH范围(2.1～12.3)内的特征吸收峰以及M412的相对浓度和M412的慢成分半衰期的变化,并对其结构和光循环功能进行了讨论.紫外可见吸收光谱实验结果显示:pH=5.0～10.0时,BR最大特征吸收峰值约为568 nm;pH＜5.0时,BR最大特征吸收峰发生红移;pH＞10.0时,BR最大特征吸收峰发生蓝移.闪光动力学光谱结果显示:pH为7.3～9.5时,M412的相对浓度(M0)基本稳定在0.038左右;pH＜7.3时,M0逐渐减小;pH＞9.5时,M0明显上升,在pH=11.8时达到最大值0.1355,随后又快速下降.pH为2.1～7.3时,M412的慢成分半衰期(ts1/2)值在(4.1±1.1)ms左右;pH＞7.3时,ts1/2值急剧延长到40 677.4 ms.推测在高pH条件下,BR分子的光循环有新的路径和机理.     

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.     

细菌视紫红质对调制光的响应特性

细菌视紫红质在结构上与视紫红质的相似性使其具有某些视觉响应特性.用电泳法在不锈钢电极上沉积出定向紫膜薄膜,构成不锈钢/紫膜/凝胶/铜电极结构的光接收器.在调制光作用下,光接收器显示出对光强变化的微分响应特性.测量了光电压随调制频率和入射光功率的变化关系.比较和讨论了细菌视紫红质对调制光响应特性与视觉频闪及明暗感的相关性.     

细菌视紫红质光循环中间体M412的动力学初探

采用紫外可见吸收光谱技术和闪光光解技术,初步观察了细菌视紫红质(BR)分子在宽pH范围（2.1～12.3）内的特征吸收峰以及M₄₁₂的相对浓度和M₄₁₂的慢成分半衰期的变化,并对其结构和光循环功能进行了讨论.紫外可见吸收光谱实验结果显示：pH=5.0～10.0时,BR最大特征吸收峰值约为568 nm;pH＜5.0时,BR最大特征吸收峰发生红移;pH＞10.0时,BR最大特征吸收峰发生蓝移.闪光动力学光谱结果显示：pH为7.3～9.5时,M₄₁₂的相对浓度(M₀)基本稳定在0.038左右;pH＜7.3时,M₀逐渐减小;pH＞9.5时,M₀明显上升,在pH=11.8时达到最大值0.1355,随后又快速下降.pH为2.1～7.3时,M₄₁₂的慢成分半衰期(t^s_1/2)值在(4.1±1.1)ms左右;pH＞7.3时,t^s_1/2值急剧延长到40 677.4 ms.推测在高pH条件下,BR分子的光循环有新的路径和机理.     

正电性氨基酸残基K129对细菌视紫红质光循环动力学的影响

光驱动质子泵细菌视紫红质(bacteriorhodopsin, bR)是存在于嗜盐杆菌(Halobacterium salinarum)细胞膜上的一种七-跨膜蛋白,其视黄醛发色团与螺旋F上的赖氨酸216(K216)共价结合形成希夫碱。光激发后,视黄醛由全反式构型向13-顺式构型的异构化驱动蛋白进入光循环,在经历了一系列具有特定紫外吸收的光循环中间态后将质子由胞内泵出到胞外,形成质子梯度差驱动ATP酶合成ATP。荷正电的赖氨酸129(K129)是bR胞外界面上唯一的一个赖氨酸残基,它对胞外侧质子传输半通道氢键网络以及整个光循环的调控作用目前仍不甚明了。为弥补这一研究上的空白,本研究通过基因定点突变技术并结合紫外-可见光吸收光谱、动力学闪光光解光谱、酸碱滴定等手段,通过与重组表达的野生型bR的对比,深入探究不同极性的K129E和K129L突变对bR质子释放基团(proton release complex, PRC)的调制作用以及对整个光循环的影响。研究结果表明,K129作为胞外侧的荷正电性氨基酸残基,对于稳定质子释放基团的电荷和质子传输通道氢键网络具有重要的调控作用,直接影响着bR的光循...     

脉冲激光对细菌视紫红质的瞬态光电荷转移动力学研究

细菌视紫红质（ＢＲ）是一种可进行光能存储与转换的蛋白质分子,在光作用下,能极快地产生电荷分离与电光响应信号。实验采用自制的波长可调的染料激光,在μｓ－ ｍ ｓ时域内对ＢＲ的动态光电响应信号进行了研究,总结了当激发脉冲光波长改变或强度改变时光电压变化的规律,并定性地分析了ＢＲ产生上述现象的机理。     

细菌视紫红质蛋白的赖氨酸和丝氨酸残基在其膜环境中的自旋标记研究

用化学修饰和自旋标记ESR技术研究了bR中丝氨酸和赖氨酸残基的构象,结果表明PH对bR分子构象的影响是很明显的,在酸性条件下带有自旋探针的丝氨酸(Ⅰ-bR)和赖氨酸(Ⅱ-bR)的ESR波谱参数迥然不同,这与丝氨酸和赖氨酸残基位点微环境中的电荷效应有关.顺磁增宽剂能猝灭膜表面的自由基,而剩余的强固定化ESR信号显示出bR分子内部的‘刚性’构象.用2%Triton X—100处理可大大增加bR分子的‘柔性’,其ESR波谱特征与bR分子失去部分α螺旋结构和改变了它的某些运动方式有关.     

W86F/W86A突变对细菌视紫红质光循环影响的差异性分析

细菌视紫红质(bacteriorhodopsin,bR)是一种光驱受体蛋白,每个活性单元由3个单体组成,每个单体由一分子视蛋白和一分子的视黄醛发色团共价结合而成,其功能为从胞内向胞外定向传输质子,利用形成的质子浓度梯度将光能转化为化学能.光照后视黄醛发色团构型发生all-trans向13-cis转变,蛋白的构象也随之发生了一系列具有稳定中间态的变化并驱动质子的定向传递.为探讨bR视黄醛键合区保守性氨基酸色氨酸86 (Tryptop-han86,w86)对其光循环中间态和质子泵功能的影响,本研究采用定点突变技术将W86突变为侧链大小不同的F86和A86,通过原位紫外-可见光吸收光谱、闪光光解光谱、pH滴定、固体核磁共振等技术手段,探究W86F和W86A突变对bR光循环及质子泵功能影响差异性的分子机制.结果 表明,W86F和W86A突变均造成了bR暗适应状态下视黄醛顺反异构平衡向顺式构型占优的方向移动,且W86F突变可造成反式构型的完全消失.此外,无论是W86F还是W86A突变都造成了蛋白光循环中间态的减弱且衰减延长,以及质子泵功能减弱,但影响机制各有所不同,这可能与这两个突变对视黄醛多烯链上电子云的分布以及周围残基造成的扰动程度不同有关.     

细菌视紫红质研究的新进展

细菌视紫红质（bR)自六十年代末发现以来,一直是膜蛋白领域研究的热点之一,bR不仅在基础理论研究方向有着深远的意义,而且也有着广泛的应用前景。对bR的结构、质子泵功能、折叠机制等研究前沿进行概述。     

细菌视紫红质的基因克隆与表达

细菌视紫红质的基因克隆与表达卢春林,汪俭,梅祺,韦钰（东南大学吴建雄实验室,南京２１０Ｏ１８）叶寅,田波（中国科学院微生物研究所,北京１０００８０）关键词细菌视紫红质基因;聚合酶链反应（ＰＣＲ）;基因克隆与表达细菌视紫红质（ｂａｅ快ｒｉｏｒｈｏｄｏＰ...     

Triton X-100对细菌视紫红质中间产物M_(412)的效应

本文研究用非离子表面活性剂Triton X-100处理后的细菌视紫红质(BR Bacteriorhodo-psin)光循环中间产物M_(412)动力学过程的变化.实验结果表明,用不同浓度的Triton处理pH=6.5的BR体系时,其中间产物M_(412).快衰减成分的半衰期(τ_(1/2)~f)在Triton浓度为0.05%(w/w)附近突然变慢,随着Triton浓度的加大,τ_(1/2)~f又逐渐加快;慢衰减部分的半衰期(τ_(1/2)~s)则随Tri-ton浓度的增加逐渐变慢.BR的生色团峰发生蓝移.说明不同浓度的Triton在水溶液中聚集状态不同,可不同程度地破坏膜脂的液晶态结构,从而导致镶嵌在其中的BR发生构象的变化,使转运质子的氢键通道受到不同程度的影响,故质子泵转运通道发生改变、致使M_(412)的衰减速率改变.     

细菌视紫红质光学图像存储的灰阶特性研究

细菌视紫红质（Bacteriorhodopsin,BR）是一种具有优良光致变色特性的光敏蛋白分子,具有极好的抗疲劳性和高的光转换量子效率,可用于光学图像信息的获取和存储.文章讨论了BR分子膜在受到随空间位置变化的光强调制下,BR分子膜光吸收变化量的空间分布及其与存储图像灰度分布之间的关系;建立了BR灰度图像存储特性实验系统,并对BR-D96N薄膜存储的光学图像灰阶特性进行了实验研究,实验表明BR薄膜图像存储具有出色的灰度表现能力.     

细菌视紫红质膜质子(电荷)转移过程中的瞬态吸收研究

用自行设计的“连续泵浦－探测光＋脉冲泵浦光”的实验系统,研究细菌视紫红质（ＢＲ）的光循环过程;着重以Ｈｅ－Ｎｅ激光（６３２．８ｎｍ）为连续泵浦－探测光,研究在脉冲光共同作用下ＢＲ各能态的光吸收的动力学过程,及该吸收特性与两束光强度的关系     

细菌视紫红质的构象与介质pH依赖关系的荧光寿命研究

本文采用荧光探针的方法,通过测量与紫膜结合后的荧光探针ANS的荧光寿命随介质pH的变化,研究了介质pH对bR的构象的影响.结果表明:在pH4～11范围内ANS的荧光寿命呈U字形分布;其荧光寿命中含有快慢两种衰减成分;随着介质pH的变化;这两种成分的含量所占比例也有很大变化.说明介质pH能够引起蛋白构象的变化.     

基因突变细菌视紫红质薄膜的长寿命M态光存储

实验研究了D96N型基因突变细菌视紫红质薄膜的光存储性能,实现了用670 nm激光在BR膜上记录光学图像,用560 nm弱光读出图像,用488 nm激光擦除图像的写读擦操作.M态寿命在室温下延长到了3 min,比溶液状态下的野生细菌视紫红质M态寿命延长了5个数量级.     

细菌视紫红质中质子泵出的分子机理

细菌视紫红质(Bacteriorhodopsin,或bR)是盐生嗜盐菌(Halobacterium salinarium)等细菌的跨膜蛋白质,其色基视黄醛的光致异构化作用触发细菌视紫红质的一系列结构变化,把质子从细胞质泵到细胞外空间。对细菌视紫红质中质子泵出分子机理进行了描述。     

细菌视紫红质的质子传输机理

细菌视紫红质（bR）是嗜盐菌紫膜中的唯一蛋白质成分, 具有质子泵、电荷分离和光致变色功能. bR分子中的发色团视黄醛通过质子化席夫碱以共价键与Lys216相连. bR分子受可见光照射后, 视黄醛发生从全-反到13-顺式构型的异构化, 导致席夫碱的去质子化,继之以可极化基团位置的改变. 力场的变化引起包括蛋白质三级结构在内的诸多变化, 这些变化促进并保证了质子从细胞质侧向细胞外侧的定向传输.     

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.     

细菌视紫红质的光电响应特性和机制

在ITO导电玻璃上制备定向细菌视紫红质 (BR)电泳沉积膜或LB膜组成光电池系统 ,在短脉冲激光照射下 ,测定其脉冲响应光电压 ;在间断光照射下 ,测定其对光强变化产生的微分响应信号。对脉冲光电响应和微分响应的机理及其关系进行理论分析和解释 ,认为脉冲响应是BR分子内部生色团快速光极化引起的电荷分离和希夫碱及其周围氨基酸去质子化和再质子化过程引起的质子定向运输产生的位移电流 ,是一个快反应过程 ,是微分响应的早期反应和基础。微分响应则是由于菌紫质的光驱动质子泵产生的连续质子流在光开和光关瞬间引起光电池系统充放电以及测量电路的耦合特性引起的 ,是一个慢变化过程     

新疆艾比湖嗜盐菌的细菌视紫红质和16S rRNA基因序列的研究

为了研究分析嗜盐古生菌物种与细菌视紫红质(BR)蛋白基因资源,从40份土壤、湖水及淤泥样品中分离出148株嗜盐菌,对其中6株菌采用聚合酶链式反应(PCR)方法对其编码螺旋C至螺旋G的蛋白基因片段和16SrRNA基因进行了扩增,并测定了基因的核苷酸序列。与已报道的相应片段进行对比,ABDH10,ABDH1I和ABDH40中的螺旋C至螺旋G的蛋白与其他菌株差异显著。基于16SrRNA序列的同源性比较以及系统发育学研究表明,ABDH10和ABDH40是Natronorubrum属下的新成员和Natrinema属下的新成员,ABDH40的16SrRNA序列已登录到GenBank,其序列号为AY989910。ABDH11中的螺旋C至螺旋G的蛋白与其他菌株差异显著。