LDAO对Rhodobacter azotoformans外周捕光复合体LH2构象及其细菌叶绿素解离行为的影响

为探求LDAO与LH2的相互作用关系和规律,深入认识LDAO对LH2结构和功能的影响。采用光谱法系统地研究了LDAO对Rhodobacter azotoformans134K20菌株LH2构象及其在极端环境中细菌叶绿素(BChl)解离行为的影响。结果表明:(1)在室温pH 8.0缓冲溶液中,LDAO导致LH2构象变化,α-螺旋含量提高,Tyr和B850细菌叶绿素特征峰蓝移,能量传递效率提高。(2)在60℃pH 8.0缓冲溶液中,LH2B800和B850细菌叶绿素可解离为游离BChl。LDAO能增加LH2的高温稳定性,延缓并改变B800和B850解离过程和行为。(3)在室温强酸和强碱溶液中,LDAO加剧了B800和B850的解离并分别转化为游离细菌脱镁叶绿素(BPhe)和游离BChl,表现出不同的解离行为。在不含LDAO的强酸溶液中,B850呈现先解离再自组装的过程。LDAO作用于LH2,可使其B800和B850在不同极端环境中的解离行为发生变化。

Thermochromatium tepidum外周捕光天线蛋白LH2在脂质体及表面活性剂胶束中的光谱性质

采用动态光散射、透射电子显微镜、紫外-可见吸收光谱和拉曼光谱对比研究了处于表面活性剂胶束和脂质体磷脂双分子层中的Thermochromatium(Tch.)tepidum LH2的光谱响应.结果表明,与在表面活性剂胶束中相比,双分子层脂膜中LH2的Spirilloxanthin(一种含有13个共轭双键的类胡萝卜素)构象有明显差异;表面活性剂及磷脂分子端基的荷电状态对B850-Qy吸收谱有显著影响;Ca2+结合导致B850 Qy吸收谱带红移和增色,而H+结合则使该吸收谱带蓝移和减色.对LH2脱辅基蛋白氨基酸序列的分析结果表明,Ca2+和H+的结合位点可能位于α脱辅基蛋白的C-端一侧.B850 Qy吸收谱带对Ca2+和H+的响应特性可能与Tch.tepidum适应其生存环境的能力有关.

不同紫细菌外周捕光复合体的特征比较

为阐明不同紫细菌外周捕光复合体(Light-harvesting complex,LH2)表面电荷及其与膜结合能力强弱等特征,以及LH2光谱特征、结构和功能之间的关系,比较了相同去垢剂浓度下增溶时间、盐析浓度和阴离子交换层析洗脱梯度对两个物种不同LH2的纯化和特征的影响。结果显示,源自Rhodobacter azotoformans的LH2(A-LH2)分离纯化所需要的增溶时间和盐析浓度低于Rhodopseudomonas palustris的LH2(P-LH2),而洗脱盐度相反,表明A-LH2与内质膜结合能力较弱,易于从膜表面解离下来,疏水性较强,表面负电荷较多。与P-LH2相比,A-LH2中BChl a Qy带蓝移至798和848 nm,分子筛层析洗脱体积较小,说明A-LH2复合体的分子半径较大。色素分析表明,P-LH2中主要类胡萝卜素为3,4-双脱氢玫红品(共轭双键数为12),A-LH2中则为球形烯(共轭双键数为10)。拉曼分析表明球形烯采用平面构象结合到A-LH2中,这种短共轭双键及伸展构象有利于A-LH2的能量传递。为比较不同种属(株)LH2与膜结合能力以及表面电荷差异提供了研究方法,另通过不同种属LH2的比较分析可为利用紫细菌LH2构建人造光电转化装置或人工模拟光合产氢系统等提供材料支持。

体外组装类胡萝卜素对外周捕光复合体(LH2)能量传递活性的影响

【目的】探求不产氧光合细菌(APB)外周捕光复合体(LH2)中类胡萝卜素(Car)结构和能量传递效率的关系和规律。【方法】通过二苯胺(DPA)抑制Car合成的方法从固氮红细菌134K20中获得部分缺失Car的LH2(LC-LH2);采用TLC和HPLC法从3种APB中制备球形烯(SE)、玫红品(RP)和奥氏酮(OK)3种Car;在含0.1%十二烷基二甲基胺氧化物(LDAO)的10 mmol/L Tris-HCl(p H 8.0)缓冲液中采用超声孵育法分别将这3种Car与LC-LH2体外组装,采用吸收光谱法、拉曼光谱法和荧光光谱法对组装LH2进行结构与功能分析。【结果】制备的部分缺失Car的LH2中,SE缺失率约为64.7%。这3种共轭长度、取代基的极性不同的Car均能与这种部分缺失SE的LH2自组装,Car组装率约在24.0%-29.4%之间,其中SE和OK的组装率高于RP。与部分缺失Car LH2中原有SE构象一致,重组的Car在LH2中也呈现较为伸展的平面构象。LH2中重组Car到细菌叶绿素(BChl)的能量传递效率由高到低的顺序依次为SE-LH2>RP-LH2>OK-LH2,与Car共轭体系大小的关系一致,而与Car极性大小没有明显的关系。【结论】在组装的LH2中Car采用平面构象与脱辅基蛋白结合,Car共轭长度仍是决定和影响LH2中Car-BChl能量传递效率的主要因素,而Car的取代基和极性影响较小。

紫细菌B800缺失LH2能量传递模型的构建及性质

构建B800缺失LH2对于阐明光合作用中光能传递的分子机制与捕光复合体组装机制具有重要意义。采用吸收光谱、荧光光谱、分子筛层析、超滤和SDS-PAGE等方法研究了紫细菌两个典型种外周捕光复合体(LH2)约800nm特征光谱(B800)细菌叶绿素(BChl)缺失能量传递模型的构建方法及性质。结果表明:在pH 8.0Tris-HCl(10mmol·L-1)缓冲液中,0.08%SDS能够使来自Rhodobacter azotoformans的LH2B800BChl特异性解离,解离体系中加入10%(φ)甲醇,通过超滤脱除游离BChl,构建了B800缺失LH2,但该缺失模型不够稳定。在pH 1.9缓冲液中,来自Rhodopseudomonas palustris的LH2B800BChl能够特异性解离,通过层析得到两个组分。一个组分的B800BChl不能通过层析脱除,能够重新自组装成LH2。另一个组分为B800缺失LH2,该缺失模型稳定。两种LH2均存在2类以上B800BChl结合位点,并得到了两类Rhodopseudomonas palustris B800BChl解离的LH2,但未发现类似紫色硫细菌中的B800吸收光谱劈裂现象。B800缺失LH2均未呈现约800nm特征荧光光谱。采用两种方法构建了两个物种B800缺失LH2能量传递模型。利用BChl与缺失B800LH2结合能力不同的特性,将Rhodopseudomonas palustris中的LH2分成两个类型,实现了异质性亚基LH2的分离。

多拷贝pucBA基因在沼泽红假单胞菌光合生长中的作用

选择沼泽红假单胞菌CGA009菌株,采用基因敲除方法,依次对菌株中的5对pucBA基因进行敲除,以探求不同pucBA基因对菌株光合生长、光谱表型和光合色素质量浓度的影响。结果表明:不同pucBA基因的表达量与菌株光合生长速率和光合色素合成量呈正相关关系;高光下pucBA_(b)和pucBA_(a)基因对菌株生长发挥主要作用,低光下pucBA_(b),pucBA_(d)和pucBA_(a)基因对菌株生长起主要作用;敲除pucBA_(d)基因可导致pucBA_(b)基因高效表达,敲除pucBA c基因可导致LH1-RC合成量提高,表明某个pucBA基因的敲除对其他光合基因表达具有补偿作用。

紫细菌Rb.Sphaeroides601外周捕光天线(LH2) B800吸收带的超快动力学研究

利用从紫细菌Rb.sphaeroides601所提取出的外周捕光天线LH2以及其不同pH值酸化样品(部分和全部去除B800分子LH2)并采用不同波长下的飞秒单色抽运探测技术详细研究了LH2中B800吸收带内的激发态动力学过程。通过对野生型与部分/完全去B800分子LH2的比较研究,分析了B800吸收带激发后所表现出的丰富变化的动力学过程,研究结果表明激发B800带的动力学过程中包含着B850上激子带的直接激发而产生的对激发态动力学的贡献。

紫色光合细菌中类胡萝卜素的选择性分布及功能

紫色光合细菌Rhodopseudomonas（Rps．）palustris光合膜中的外周捕光天线（LH2）及核心复合物（LH1-Rc）中都含有多种类胡萝卜素分子（Crt）。研究不同种类的Crt在上述色素蛋白复合物中的分布及其生理学功能具有重要意义。采用了高效液相色谱（HPLC）手段分析了中等光强（～4000lux）培养条件下所获得的Rps．palustris的LH2及LH1-RC中的Crt组成，发现共轭双键数目（n）为11或12的类胡萝卜素分子（包括lyeopene（n=11），Anhydrorhodivibrin（n=12）及Rhodopin（n=12）等，主要集中在LH2复合物中，而n=13的类胡萝卜素分子Spirilloxanthin则优先结合到LH1-RC中。通过将稳态吸收光谱及近红外荧光激发光谱在细菌叶绿素的Qx带处归一化，并比较两者的数值，发现在LH2中Crt从单重态向BCh1的传能效率[30．9％（v=0），25．4％（v=1），30．4％（v=2）]明显高于在LH1-RC中的传能效率[10．7％（v=0），7．8％（v=1），11．4％（v=2）]。此外，本文还运用亚微秒时间分辨吸收光谱检测了类胡萝卜素三重态Tn←T1吸收，发现伴随着532nm激光脉冲激发，LH1-RC和LH2中Crt三重态的吸收主峰位于571及560mn左右，它们分别归属于n=13和n=12的类胡萝卜素分子。通过对动力学衰减曲线进行单指数拟合，发现前者的衰减时间常数（1．6μs）明显短于后者（2．2μs）。上述研究结果表明，短链Crt易于结合到LH2中承担捕光的功能，而长链Crt优先结合到LH1-RC中发挥光保护功能。