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...     

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     

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。     

细菌视紫红质分支光循环研究的新起点——蓝膜

细菌视紫红质分支光循环研究的新起点——蓝膜@张国艳$中国科学院化学研究所分子科学中心!北京100080@李宝芳$中国科学院化学研究所分子科学中心!北京100080@江龙$中国科学院化学研究所分子科学中心!北京100080~~     

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.     

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.     

菌紫质D96N样品的光暗适应型及其转化机制

通过对菌紫质D96N基因突变形成的薄膜样品在光照下动态光谱的测定和分析,研究了此样品的光适应型、暗适应型特性及其之间的转化机制。实验证实,样品受光照激发后很快从暗适应型（D态）光适应型（B态）进入光循环,经过一系列的光化学中间体到边较稳定的M态。M态经过约1小时热驰豫完全回到光适应型B态,B态再经过24小时缓慢热驰豫完全回到暗适应型D态。B态受光则进入光循环,不受光则转化为D态,从而认为B态是菌紫质光循环路径中一个重要的分支节点。据此,提出了该样品在光照下B,D和M态之间转化的模型。     

三种因素对紫膜（PM）薄膜中菌紫质（BR）光反应类型的影响

由中性和碱性ｐＨ成膜液形成的ＰＭ薄膜在不同ＲＨ时ＣＤ语及其不同波长预光照产生的ＤＣＤ谱的研究发现,不同波长预光照产生的ＤＣＤ谱,按照在７００－４６０ｎｍ间的特征可分为全正型、长正短负型和短正长负型三大类。无论成膜液的ｐＨ是中性还是碱性,也不管ＰＭ薄膜的ＲＨ如何,≤４２８ｎｍ的近紫外光照都产生全正型ＤＣＤ谱,而≥６０ｎｍ的光照都产生短正长负型ＤＣＤ谱,但是５０６ｎｍ－５９０ｎｍ间的光照产生的ＤＣＤ谱却不仅与成膜液的ｐＨ有关,而且也与ＰＭ薄膜的ＲＨ有关,成膜液ｐＨ为１０．０的ＰＭ薄膜在ＲＨ７５％时未见有长正短负型ＤＣＤ谱。在近紫外的Ｍ峰区第一、三类ＤＣＤ谱无正峰,而在第二类中为正峰。这些特征都是ＰＭ薄膜中不同结构状态的ＢＲ分子配分浓度分布变化的反映。结果认为,成膜液的ｐＨ、膜所处的ＲＨ和预光照的波长均对ＢＲ的光循环反应有调控作用。这些信息可用于ＢＲ的调控研究,对ＢＲ分子器件的研制开发有重要的参考价值。     

Electric field promotion of the bacteriorhodopsin BR570 to BR412 photoconversion in films of Halobacterium halobium purple membranes

The combined action of electric field (10⁵–10⁷ V · m^?1) and light (380–580 nm, 80 W · m^?2) activating the photoenergetic reaction of bacteriorhodopsin (BR) in dry films of purple membranes from Halobacterium halobium was studied. A new stimulating effect of the field on the BR₄₁₂ intermediate accumulation in the normal photochromic cycle of BR₅₇₀ has been observed. The formation of the product BR₄₁₂ is supposed to be accompanied by specific rearrangements of certain charged, polar and polarizable groups in the BR pigment-protein matrix. Such an intrinsic polarization could be promoted by an external electric field, the displacement vector of those groups being oriented in the direction of the field. The dielectric polarization properties of the purple membranes have been demonstrated by electret-thermal analysis.     

应用菌紫质膜模拟动物“边”感受野并检测图像边界轮廓

菌紫质膜是一种颇有前途的分子电子器件材料。Tsutornu^[1]以菌紫质膜为材料,完成了具有动物视觉功能特点的含256像素的图像传感器。此外,菌紫质膜还被用来模拟视觉感受野的运算功能^[2-4]简单细胞“边”感受野由两个互为颉顽的ON响应区和OFF响应区组成。它对图像中的对比度信息具有敏感性。菌紫质膜因其优良的分辨率(5000线/min),灵敏度(1-805/cm²)以及光电特性而足以被用来制作人工“边”感受野,并模拟简单细胞“边”感受野的这一特性。以此为基础,本文构建了一个图像轮席检测的原理系统,成功地检测了简单图像轮廊。     

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.     

Bacteriorhodopsin (BR570) bathochromic band shift in an external electric field

In dry films of bacteriorhodopsin-containing purple membranes from Halobacterium halobium the external electric field (10⁴–10⁵ V · cm^?1) induces the appearance of a product spectrally close to the initial intermediate of bacteriorhodopsin (BR) photochromic cycle (batho form, K). This result and also preliminary data of the electret-thermal analysis of the preparations suggest that the dielectric polarization in chromophore-protein-lipid complexes might be an essential step of the primary stabilization of light energy in photo-bioenergetic processes.     

甘蓝型油菜的BR响应及BnBZL2基因的功能分析

对甘蓝型油菜(Brassica napus L.)与拟南芥(Arabidopsis thaliana L.)中保守的油菜素甾醇(Brassinosteroids,BR)信号相关基因进行对比分析,并以甘蓝型油菜品种‘沪油15’为材料,对BR信号通路相关同源基因进行了组织表达分析。结果显示,BR合成基因与信号组分在花和幼嫩种子中表达量更高;低浓度BR处理可以促进幼苗根的生长,高浓度BR处理则起抑制作用; BR合成抑制剂(Brassinozole,BRZ)处理可抑制黑暗条件下幼苗下胚轴的伸长; BR处理可以降低BR合成基因的表达水平,而BRZ处理则相反,表明甘蓝型油菜中BR信号增加能反馈抑制BR的合成。烟草(Nicotiana tabacum L.)瞬时表达实验结果发现,与拟南芥BZR1基因同源的甘蓝型油菜BnBZL2编码蛋白定位在细胞质和细胞核中,BR处理可增加BnBZL2的核定位。蛋白质免疫印迹检测结果显示,BR处理可增加去磷酸化BnBZL2的比例。本研究进一步模拟了拟南芥bzr1-1D功能获得性突变体对BnBZL2蛋白进行点突变(BnBZL2*),并构建载体转化拟南芥,黑暗条件下转基因植株幼苗对BRZ处理不敏感,提示BnBZL2*可提高转基因植株的BR信号水平。本研究结果表明甘蓝型油菜中存在与拟南芥相似且保守的BR信号通路和调控机制。     

N-溴代琥珀酰亚胺修饰菌紫质中色氨酸的光谱学研究

采用紫外-可见吸收光谱和荧光光谱方法研究了菌紫质（Bacteriorhodopsin,bR）中的8个色氨酸（Tryptophan,Trp）残基在被N-溴代琥珀酰亚胺（N-bromosuccinimide,NBS）修饰过程中的残基数目及对应的光谱变化。研究结果显示：随着NBS／bR摩尔比例增加逐渐被修饰的Trp残基有4个左右,如果NBS过量,则Trp残基的修饰个数最终可迭6～7个;伴随化学修饰出现Trp残基特征荧光峰值下降及峰位蓝移。研究结果揭示了bR中Trp残基可能的三种结构分布,对于进一步弄清bR中Trp-视黄醛（Retinal）偶联能量传递、单独Trp残基的荧光寿命和Tm残基在膜蛋白结构和功能中的作用具有积极而重要的意义。