“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.     

天冬氨酸116在光驱质子泵古紫质-4中的作用研究

古紫质-4(archaerhodopsin-4, aR4)是一种存在于嗜盐菌(Halobacterium sp.)XZ515细胞膜上含有类胡萝卜素发色团的细菌类光敏受体蛋白,与细菌视紫红质(bacteriorhodopsin, bR)具有类似的三聚结构和光驱质子泵功能。已有研究表明,bR蛋白D螺旋上具有保守性的天冬氨酸115(aspartic acid 115, D115)的去质子化会影响其质子泵功能,但其等位残基D116在aR4中的作用尚未见报道,特别是与D螺旋存在相互作用的类胡萝卜素发色团是否会对其功能存在影响更不得而知。本研究通过基因定点突变技术将aR4中的D116突变为极性不同的N116和A116以及bR的等位突变,采用紫外-可见光吸收光谱、闪光光解光谱和酸碱滴定等方法对比研究D115/D116突变对bR和aR4结构及光循环动力学的影响。研究结果表明,D116在aR4中的作用与D115在bR中的作用有所不同,且受类胡萝卜素发色团菌红素的影响。本研究有助于进一步认识含类胡萝卜素发色团的光敏受体蛋白D螺旋和菌红素的作用,同时也为研究其他双发色团微生物视紫红质家族蛋白的结构功能提供依...     

膜脂—膜蛋白的相互作用(下)

四、膜蛋白对膜脂的影响 1.膜蛋白与膜脂的结合膜蛋白按其不同类型可以多种方式与脂双层结合,现叙述如下: (1)外周蛋白的结合外周蛋白通过静电力(蛋白带电荷)或范德瓦力(蛋白不带电荷)与膜结合。在蛋白与脂的结合面处含有大量的水。 (a)静电结合细胞色素C是外周蛋白通过静电力与细胞膜表面结合的一个典型例子(图3 a)。细胞色素C整个分子具有可观的非     

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.     

膜脂—膜蛋白的相互作用(下)

四、膜蛋白对膜脂的影响 1、膜蛋白与膜脂的结合膜蛋白按其不同类型可以多种方式与脂双层结合,现叙述如下: (1)外周蛋白的结合外周蛋白通过静电力(蛋白带电荷)或范德瓦力(蛋白不带电荷)与膜结合。在蛋白与脂的结合面处含有大量的水。 (a)静电结合细胞色素C是外周蛋白通过静电力与细胞膜表面结合的一个典型例子(图3a)。细胞色素C整个分子具有可观的非对称电荷分布,在中性pH时,它带有过量的     

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...     

水份含量对紫膜薄层某些光学性质的影响

本文研究在乾燥紫膜薄层中不同水合程度对光循环中间体M衰减速率,对园二色谱(CD)和蛋白紫外荧光光谱的影响.在相对湿度小于70%时,M衰减速率相对稳定,不随湿度改变而变化;但当湿度大于70%时,则衰减速率急剧上升.从可见区的CD光谱中,也发现了在相对湿度大于70%后,旋转强度急剧上升.蛋白紫外荧光光谱随湿度增加未发现有明显变化.实验结果说明一定水份的含量对紫膜完成质子泵功能是必不可少的,它能改变色素团的微环境,从而改变色素团和蛋白间的相互作用.     

血卟啉衍生物（HPD）对紫膜菌紫质（bR）的光敏化作用

研究了血卟啉衍生物（ＨＰＤ）对嗜盐菌紫膜上蛋白质菌紫质（ｂＲ）的光敏化作用,结果表明,ＨＰＤ与紫膜结合并不影响ｂＲ的光学性质及活性;但经光照射、ＨＰＤ光敏反应后,ｂＲ丧失光循环活性。进一步的探测显示ｂＲ中的视黄醛色素团及色氨酸均在光敏反应中受损,反映了除视黄醛色素团有可能直接受损外,深埋于折叠蛋白内部的部分色氨酸残基。亦可能在ＨＰＤ光敏化过程中被损伤。实验证明,单线态氧（＾１Ｏ２）的作用是ＨＰＤ光     

M145F/F146M突变对光受体蛋白细菌视紫红质和古紫质4光循环的影响 *

古紫质4(archaerhodopsin 4,aR4)与细菌视紫质(bacteriorhodopsin,bR)同属于盐杆菌科,同源性59%,均为光驱质子泵。其功能是在光照条件下将质子由胞内泵到胞外形成跨膜质子梯度,该梯度差被膜上另外一种蛋白ATP合成酶用于ATP的合成,从而完成光能向生物能的转化。aR4和bR具有相似的光循环过程,但质子传递时序不同,aR4是先从胞内吸收质子再将质子释放到胞外,而bR恰好相反。甲硫氨酸-145是位于bR视黄醛发色团键合区的一个重要残基,对其光循环有着重要的影响,而在aR4中处在相应位置上的苯丙氨酸-146是其视黄醛键合区与bR唯一不相同的残基。因此通过定点突变,采用紫外可见吸收光谱、动力学光谱、质子泵功能检测、低温透射红外光谱等手段对比分析研究M145F和F146M单点突变对bR和aR4光循环造成的影响,有助于深入理解aR4结构与功能的关系。研究结果表明,M145F突变造成了bR光循环L的丢失和质子泵功能的减弱,而F146M突变并未对aR4的光循环造成显著影响,且突变后aR4质子释放时序没有反转,表明该位置上的残基在两个体系中的作用不尽相同。     

细胞色素f在光合膜上功能的初步探讨

用阳离子一竭尽的菠菜叶绿体膜作为实验材料,比较研究了胰蛋白酶消化的叶绿体膜和非消化的叶绿体膜的四阶导数吸收光谱、细胞色素f的还原减氧化差异光谱和电子传递速率的变化,试图探索细胞色素f在光合膜上的功能.主要结果于下:(1)胰蛋白酶消化引起叶绿体膜四阶导数吸收光谱位于554nm吸收峰(CYT.f的特征吸收峰)下降和细胞色素含量的明显减少.说明胰蛋白酶损伤细胞色素f.(2)胰蛋白酶消化对叶绿体膜从DCIPH_2到甲基紫精的非循环式电子传递速率没有影响,而对PMS存在下的甲基紫精光还原速率有明显的刺激作用.说明胰蛋白酶损伤与循环式电子流有关的细胞色素f.根据试验结果的分析.我们推测,在光合膜上可能存在两种类型的细胞色素f.一种可能与循环式电子流有关.另一种可能与非循环式电子流有关.     

酰化对紫膜结构的影响

在很宽波长和ＰＨ范围内用紫外及可见区光吸收、圆二色及共振拉曼测定了酰化诱导的紫膜溶液的光谱变化。结构表明：酰化引起的表面电位的改变诱导了蛋白局部构象的改变。这种改变在很大程度上离域到整个蛋白分子中而影响了视黄醛结合位点的性质及生色团的结构,从而导致可观察的光谱变化。与未酰化紫膜比较,紫膜对ＰＨ的稳定性减小了。     

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.     

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。     

红细胞膜的影细胞蛋白

一、发现哺乳动物(包括人)的红细胞膜蛋白在重量上约占膜总重量的50%。人红细胞膜经十二烷基硫酸钠处理、聚丙烯酰胺凝胶电泳和考马斯亮蓝染色后,至少可见14条谱带,多则可染21条,其中有12条与膜支架(skeleton)有关。最主要的一种支架蛋白叫影细胞蛋白(spec-trin),它既是红细胞膜支架的基本成份,又是红细胞膜的一种收缩性蛋白。影细胞蛋白首先是Marchesi与Steers利用豚鼠红细胞膜的血影(ghost)为材料,在5%聚丙烯酰胺(含8M     

精氨酸82和精氨酸83在光驱质子泵细菌视紫红质和古紫质-4中的功能对比研究

古紫质-4(Archaerhodopsin-4, aR4)是一种存在于嗜盐菌Halobacterium species XZ515细胞膜上含有类胡萝卜素发色团菌红素(Bacterioruberin)的光敏受体蛋白,与细菌视紫红质(Bacteriorhodopsin, bR)具有相似的三聚结构和光驱质子泵功能。尽管二者均为外向质子泵,但aR4表现为与bR不同的先摄取后释放的质子传输时序。位于bR胞外半通道的精氨酸82(Arginine 82, R82)充当着视黄醛键合区五边形氢键网络与质子释放簇(proton release cluster, PRC)之间的桥梁,不仅向胞外传递D85的质子化信息,同时调控PRC质子的释放和再质子化。R83作为aR4中的同源等位残基,其侧链取向与bR中的R82有所不同,而这一差异是否与其质子释放时序的不同有关目前尚未见报道。为此,本研究采用定点突变技术、原位紫外-可见光吸收光谱、闪光动力学光谱、酸碱滴定等技术手段,对比分析R83和R82在aR4和bR中的差异性作用。研究表明,R83和R82在aR4和bR中均起到质子受体与质子释放簇之间的“桥梁”作用,但是R...     

菌紫质质子泵机理的研究进展

菌紫质(bR）是嗜盐菌紫膜中的唯一蛋白,具有光驱动的质子泵功能,迄今为止对于光循环和质子泵的具体分子机理仍未弄清楚,作者概述了近几年来关于bP质子泵机理的研究进展,介绍了两个较新的模型。     

紫膜的紫外荧光及分子内的能量转移

以可见光为作用光照射天然紫膜,紫膜蛋白被280nm紫外光激发所发射的荧光强度比对照略有降低.比较天然紫膜、漂白紫膜与菌蛋白三者的紫外荧光强度,前两者无显著变化,但菌蛋白的荧光强度比天然紫膜的荧光强度大2-3倍,表明生色团对蛋白质荧光可能有猝灭作用.用280nm波长光照射紫膜的暗适应形式,可使其转变成光适应形式.若有羟胺存在,以紫外光照射也可使紫膜漂白.光漂白的作用光谱,其紫外部分与紫膜蛋白部分的吸收光谱重合得很好.上述实验证明紫膜蛋白部分吸收的能量可以转移到生色团上,即紫膜存在分子内的能量转移     

四株盐杆菌中类紫质分子的探测

研究了四株盐杆菌Halobacterium sp. xiz 515.H.sp.dal s_2-1和H.sp.ausH_3a光驱动的质子泵功能及相应视黄醛蛋白的光化学反应.用pH电极测定了细胞悬浮液和胞外被膜(cellenvelope)介质中的光致△pH变化.实验发现,xiz.515和dals_2-1在照光时介质酸化.而另两株则相反,介质碱化.在这些盐杆菌中,进行了细胞膜各组份离心分离,其操作过程如同在Hhalobium上R中分离紫膜一样.最后得到的相应于紫膜组份的细胞膜中,没有发现表微菌紫质(BR)分子存在的吸收峰值.但是,在动力学光谱仪上却都发现此组份内具有与BR分子类似的光循环反应.本文假定,在这些盐杆菌中存在有微量的BR或类BR分子,它们以单体形式分散的小的聚集体散落在部份细胞膜上.     

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.