紫膜菌紫质分子的光生物物理学研究

本文介绍了紫膜细菌视紫红质的微观结构,质子泵功能和光循环过程,及其菌紫质分子中发色团和蛋白质相互作用(结合位点)的几种光谱研究,最后讨论了菌紫质分子原初事件量子产率的双重性和相应的分子动力学模型。     

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。     

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.     

紫细菌反应中心中的超快能量传递过程

利用飞秒泵探测技术研究了紫细菌光合反应中心RS601中的超快能量传递过程,通过选择激反应中心中的不同色素,观察到了以不同色素为起点发生在飞秒时域的超快能量传递过程,从细菌去镁叶绿素H到辅助细胞叶绿素B的能量传递发生在约130fs时间尺度,而通过激发色素B则观察到了从B到原始电子供体P的约240fs的超快能量传递,另外,P激发态的超快弛豫过程则说明其上、下激子能级间存在超快的内转换过程,通过对不同色素激发态的能量弛豫过程的分析,说明由原初电子供体H的电子传递过在几个皮秒时间内完成,其中辅助细菌叶绿素B为该电子传递过程中间态。     

菌紫质光循环中间体的时间分辨谱

利用毫微秒时间分辨的吸收变化和微秒的闪光动力学光谱研究了室温下菌紫质光循环中间体的形成过程及衰减过程。实验结果表明,室温下,K_(610)和M_(412)中间体同样出现,L_(550)中间体还不能得到证实,有待于进一步研究。     

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（bR）光驱动质子泵的分子机制

一、引言 太阳能是人类取之不尽、用之不竭的永远的能量宝厍,如何将太阳能有效地转换为电能、化学能等其它形式的能量是解决下一世纪能源危机的一个重大研究课题。在无机界人们已经发现了多种具有光能转换特性的材料,并成功地把半导体光电转换器件应用于科学研究和生产实践中。但其使用范围和能量转换效率受到了很大限制。在有机界,各种功能高分子材料的研究蓬勃发展,应用化学的方法制造出了各种功能各异、性能奇特的材料,其中光     

付里叶自去卷积法及其应用于无水紫膜菌紫质的二级结构研究

本文扼要地介绍了付里叶自去卷积理论,用以处理红外谱图的方法及去卷积谱线与二级导数谱和原谱组分的关系.用去卷积和二级导数谱研究了无水紫膜内菌紫质的二级结构,与水合条件下菌紫质的红外谱图相比较,无水菌紫质显示出一些新的特征吸收组分,对此作了结构识别,并断定1640cm~(-1)组分为紫膜的特征吸收.     

超快过程激光生物学的内容,方法和意义：Ⅰ.超快过程激光生物学的理论基？

用量子力学观点阐明了生物的颜色和发光，讨论了生物在各种光化学的物理过程。这包括环境对发光的影响，分子内部的质子转移和异构化；血红蛋白的变构效应，激发态电荷转移的合成物，分子间的能量转移和电子转移；光分解和复合等，讨论了超快过程激光生物学的研究方法，这包括激光拉曼光谱法，荧光光谱法，吸收光谱法及偏振光谱法。     

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。     

X-Ray Crystallography of Bacteriorhodopsin and Its Photointermediates: Insights into the Mechanism of Proton Transport

In the last few years, detailed structural information from high-resolution x-ray diffraction has been added to the already large body of spectroscopic and mutational data on the bacteriorhodopsin proton transport cycle. Although there are still many gaps, it is now possible to reconstruct the main events in the translocation of the proton and how they are coupled to the photoisomerization of the retinal chromophore. Future structural work will concentrate on describing the details of the individual proton transfer steps during the photocycle.     

Charge Motion during the Photocycle of Bacteriorhodopsin

The function of bacteriorhodopsin in Halobacterium salinarum is to pump protons from the internal side of the plasma membrane to the external after light excitation, thereby building up electrochemical energy. This energy is transduced into biological energy forms. This review deals with one of the methods elaborated for recording the charge transfer inside the protein. In this method the current produced in oriented purple membrane containing bacteriorhodopsin is measured. It is shown that this method might be applied not only to correlate charge motion with the photocycle reactions but also for general problems like effect of water, electric field, and different ions and buffers for the functioning of proteins.     

菌紫质的结构和功能研究进展

紫膜中具有质子泵功能的菌紫质(bR)是整合膜蛋白,它是7个α螺旋跨膜蛋白家族的基本原型.目前,具有光驱动质子泵的bR是最典型的高效离子转运蛋白之一.它很可能成为其载体转运机制在分子甚至原子水平上被阐明的第一个膜蛋白.概述了近年来对菌紫质结构,光循环和质子泵机理研究的进展.     

“正常”膜蛋白取向的细菌视紫红质脂质体制备及其瞬态光学响应

细菌视紫红质 (bR)是嗜盐菌质膜上的一种跨膜蛋白质 ,有其独特的光驱质子泵功能 ,可以被定向组装到磷脂脂质体膜上 ,并且表现出和细胞膜上相反的取向。通过细菌培养和细胞膜分离 ,获得了含bR蛋白质的紫膜悬浮体系 ,在pH =2 .5时将bR悬浮液和两亲性的DPPC磷脂混合、通过自组装的方式形成了含bR膜蛋白的磷脂脂质体 ,并通过瞬态光学响应测量考察了bR的取向和质子泵生物活性。结果表明 ,bR膜蛋白可以被整合到DPPC的脂质体膜上 ;蛋白质的质子泵运行规律的测量进一步验证了在酸性条件下所制备的脂质体上bR保持了不寻常的择优取向 ,与细胞膜上的“正常”取向一致 ,而与绝大多数文献报道的中性条件下制备的脂质体质子泵取向相反。     

菌紫质研究的新进展

菌紫质(BR)是嗜盐菌紫膜中的唯一蛋白质,野生型的BR分子含有248个氨基酸残基,其中一个视黄醛通过希夫碱基连结在第216位赖氨酸上,它具有质子泵的功能．光照下,BR进行光循环,光循环又与质子泵过程相关联．菌紫质的结构和功能方面的研究已有很大进展,但其光循环途径和质子泵的机理还不太清楚．文章概述了近年来对菌紫质结构,光循环和质子泵机理研究的进展,尤其对争论较大的菌紫质光循环途径的四类模型作了较详细的介绍．     

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.     

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.     

Effects of Mutations of Lys41 and Asp102 of Bacteriorhodopsin

Bacteriorhodopsin (BR) is a retinal protein that functions as a light-driven proton pump. In this study, six novel mutants including K41E and D102K, were obtained to verify or rule out the possibility that residues Lys41 and Asp102 are determinants of the time order of proton release and uptake, because we found that the order was reversed in another retinal protein archaerhodopsin 4 (AR4), which had different 41th and 102th residues. Our results rule out that possibility and confirm that the pK _a of the proton release complex (PRC) determines the time order. Nevertheless, mutations, especially D102K, were found to affect the kinetics of proton uptake substantially and the pK _a of Asp96. Compared to the wild-type BR (BR-WT), the decay of the M intermediate and proton uptake in the photocycle was slowed about 3-fold in D102K. Hence those residues might be involved in proton uptake and delivery to the internal proton donor.