螺旋藻藻胆体核心复合物结构与功能的研究──四种变藻蓝蛋白复合物的分离及光谱特性的研究

从螺旋藻（Ｓｐｉｒｕｌｉｎａｐｌａｔｅｎｓｉｓ）的藻胆体中分离出四种不同光谱形式的变藻蓝蛋白（ＡＰＣ）复合物：ＡＰⅠ、ＡＰⅡ、ＡＰⅢ、ＡＰＢ，利用吸收光谱、荧光先谱（室温和低温）以及荧光激发偏振光谱比较了ＡＰＣ复合物三聚体和单体的光谱特性。四种ＡＰＣ复合物三聚体的最大吸收和最大发射峰位置各不相同，ＡＰⅡ和ＡＰⅢ位于短波区（最大吸收波长在～６５０ｎｍ．最大发射波长在６６２～６６４ｎｍ），ＡＰⅠ和ＡＰＢ位于长波区（最大吸收波长在～６５５ｎｍ，最大发射波长在～６８０ｎｍ），低温下的荧光发射光谱均有红移。在能量传递中，各种不同形式的ＡＰＣ复合物表现出不同的功能，以实现能量的高效传递：ＡＰⅡ和ＡＰⅢ是能量传递的中介，ＡＰⅠ和ＡＰＢ作为终端发射基因，分别将激发能传给反应中心。通过荧光激发偏振光谱研究了四种ＡＰＣ复合物及其单体内各色团间的相互关系及其在能量传递中的取向和功能。

红藻藻胆体内部蛋白间的能量传递研究 Ⅰ.人工合成R-PE/R-PC/APC复合物内的能量传递

研究了人工合成的藻胆体模拟复合物的时间分辨荧光光谱，并运用多指数拟合的方法对数据进行了详细的处理和分析，结果表明能量在Ｒ－ＰＥ和Ｒ－ＰＣ之间的传递时间与能量从Ｒ－ＰＣ传递到ＡＰＣ的时间几乎相等（５０ｐｓ）；除此之外，Ｒ－ＰＥ到ＡＰＣ还有两种能量传递的通道，能量在这两个通道的传递时间分别为１１０ｐｓ和４００ｐｓ．即：蛋白之间的能量传递通道是并行的．

藻胆体核心复合物结构与功能的研究(Ⅱ)──4种变藻蓝蛋白复合物发色团相互作用机制

从螺旋藻藻胆体中分离出4种不同结构和光谱形式的变藻蓝蛋白复合物APⅠ、APⅡ、APⅢ和APB，利用吸收光谱、荧光光谱比较了三聚体和单体的光谱特性，通过对吸收光谱的光谱解曾以及各组分的归属，研究了变藻蓝蛋白复合物内各色团间相互作用的性质和在能量传递中的功能．结果表明，复合物内色团间的作用关系可以用Forster偶极-隅极作用机制来解释，由于连接蛋白和同源亚基的存在影响其结构的对称性，进而影响各色团间相互作用的形式和性质．

红藻藻胆体内部蛋白间的能量传递研究 Ⅱ.人工合成复合物RPE/RPC以及RPE/APC内的能量传递

研究了２种人工合成的二元藻胆体模拟复合物（ＲＰＥ／ＲＰＣ和ＲＰＥ／ＡＰＣ）的时间分辨荧光光谱并运用多指数拟合的方法对数据进行了详细的处理和分析，研究结果证实了能量在ＲＰＥ和ＲＰＣ之间的传递时间与能量从ＲＰＥ传递到ＡＰＣ的时间几乎相等（５０ｐｓ）；此外，ＲＰＥ到ＡＰＣ还有２个能量传递的途径，能量在这２个通道的传递时间分别为：１３５ｐｓ和４３６ｐｓ，而ＲＰＥ到ＲＰＣ的光谱解叠结果并未显示有上述的通道，即：能量可以从ＲＰＥ直接传递到ＡＰＣ同时也可以经过ＲＰＣ传递到ＡＰＣ。

蓝藻(Cyanobacteria)藻胆体内核结构与功能的研究I.变藻蓝蛋白六聚体(αβ)5APβ16.3LCM42分离及其表征

利用藻胆体温和解离的方法和超速离心分离技术首次得到了变藻蓝蛋白六聚体，并通过光谱技术，凝胶柱过滤柱色谱方法，和ＳＤＳ－ＰＡＧＥ电泳方法以及蔗糖密度超速离心方法对其进行表征。结果表明：该变藻蓝蛋白六聚体的最大吸收峰（λＡｍａｘ＝６５２ｎｍ），荧光发射峰位于６６６ｎｍ，并且在６８０ｎｍ处有一明显肩峰；其分子量大约为２４０ＫＤ左右；其分子组成为（αβ）５ＡＰβ１６．３ＬＣＭ４２；离心沉降系数为１２Ｓ（０．２－０．５ｍｏｌ／Ｌ线性蔗糖密度梯度于０．０５ｍｏｌ／Ｌ磷酸盐缓冲液）。该六聚体在５ｍｍｏｌ／Ｌ磷酸盐缓冲液（ｐＨ＝７．０）发生解离，通过羟基磷灰石柱分离可得到两种变藻蓝蛋白三聚体（αβ）３ＡＰ和（αβ）２ＡＰβ１６．３ＬＣＭ４２，这说明该变藻蓝蛋白六聚体是由两个变藻蓝蛋白三聚体组成；通过差谱的方法得出锚蛋白的吸收光谱（λｍａｘ＝６６０ｎｍ）；根据稳态光谱测定的结果，推断出锚蛋白碎片ＬＣＭ４２的光谱性质与整个锚蛋白的光谱性质相同，进而得出ＬＣＭ４２保留了整个锚蛋白中的发色团，因而保留了其传递能量的功能。

红藻藻胆体内部蛋白间的能量传递研究 Ⅲ.人工合成复合物R-PC/APC内的能量传递

研究了人工合成的二元藻胆体模拟复合物（ＲＰＣ／ＡＰＣ）的时间分辨荧光光谱并运用多指数拟合的方法对数据进行了详细的处理和分析，研究结果证实了能量在ＲＰＣ和ＡＰＣ之间的传递时间与能量从ＲＰＥ传递到ＲＰＣ的时间几乎相等（５０ｐｓ）；除此之外，ＲＰＣ到ＡＰＣ没有其它能量传递的通道．结果为能量可以从ＲＰＥ直接传递到ＡＰＣ同时也可以经过ＲＰＣ传递到ＡＰＣ，ＲＰＣ作为能量传递的中间受体，在实际的体系中其作用是通过竞争的机制实现的．

富硒极大螺旋藻整细胞、藻胆体及藻蓝蛋白的光谱特性

对培养富硒极大螺旋藻的最佳硒处理浓度作了研究。结果表明 ,40mg/L的硒可促进该藻的生长。与对照组相比 ,富硒极大螺旋藻的整细胞、藻胆体及藻蓝蛋白的光谱特性无显著差异 ,这表明硒没有影响到极大螺旋藻光能的吸收与传递。

钝顶螺旋藻藻胆体核心与藻蓝蛋白的重组

用钝顶螺旋藻进行了藻胆体核心和藻蓝蛋白重组的研究。在室温荧光发射光谱中,藻胆体核心-藻蓝蛋白重组复合物的荧光发射峰位于663nm,与藻蓝蛋白的室温荧光发射峰643nm和藻蓝蛋白+藻胆体核心混合物(未重组)的室温荧光发射峰648nm相比,荧光发射峰向长波方向发生了移动,并向藻胆体核心室温荧光发射峰664nm逼近。说明藻蓝蛋白与藻胆体核心发生了重组,而且重组效果较好。在液氮温度荧光发射光谱中,其结果也表明藻蓝蛋白与藻胆体核心发生了重组。

蓝细菌Anacystis nidulans R-2藻胆体中43kD蛋白细胞定位的初步研究

高盐浓度条件下分离了蓝细菌AnacystisnidulansR-2的藻胆体,藻胆体中存在一种43kD的蛋白。Westernblotting分析表明,该蛋白能与蓝细菌Fd:NADP+氧还酶中FNR结构域的抗体发生反应,解聚的藻胆体具有FNR黄递酶的活性,初步证明该43kD蛋白就是Fd:NADP+氧还酶。TritonX-114分相实验表明,这种43kD的蛋白不能进入TritonX-114相。对藻胆体的部分解聚合实验表明,富含外周杆的组分中不存在43kD的蛋白。

红藻多管藻(Polysiphonia Urceolata)R-藻蓝蛋白、别藻蓝蛋白吸收系数测定及藻胆体藻胆蛋白组成分析

选用多维层析和非变性PAGE(Native-PAGE),从海生多管藻(Polysiphonia Urceolata)藻胆蛋白提取液中制备纯度符合光吸收系数测定要求的藻蓝(R-PC)和别藻蓝(AP)蛋白。选用Bradford和Hartree-Lowry法,用牛血清蛋白和γ-球蛋白作标准蛋白,对R-PC、AP进行蛋白浓度测定,并根据Lambert-Beer Law求得其在各自特征吸收峰处的光吸收系数(K)。选用更适合于多亚基复合体蛋白定量、以γ-球蛋白作标准的Hartree-Lowry法所获得的藻红蛋白(R-PE)、R-PC和AP的光吸收系数,建立了符合低浓度蛋白含量测定要求,可用特征吸收值(A)求得各藻胆蛋白含量比例的二元和三元线性方程组。藻胆蛋白组成分析表明:解离和完整藻胆体中R-PE、R-PC和AP物质的量比分别为7~9∶1∶1和11~13∶1∶3,这种组成差别应源于完整藻胆体中R-PC和AP的分子间相互作用,且有利于光能的高效单向传递。

嗜热蓝藻优雅粘囊藻藻胆体的特性和别藻蓝蛋白的亚基组成

研究了优雅粘囊藻藻胆体（ＰＢＳ）的特性。从聚丙烯酰胺凝胶电泳（ＰＡＧＥ）、吸收光谱和二阶导数图谱可证明，它的ＰＢＳ含有一种红色藻胆蛋白，两种Ｃ－藻蓝蛋白和三种别藻蓝蛋白。但是，用ＰＡＧＥ和羟基磷灰石柱层析分离和纯化所得藻胆蛋白，一般仅得到一种Ｃ－ＰＣ和一种亚基组成特殊的别藻蓝蛋白ＡＰＣ。这种ＡＰＣ吸收光谱和荧光发射相同于已报告的ＡＦＣ６６０ｎｍ。但是它的亚基组成是（αα′ββ′）２而不是（α′α２β２β′）Ｌｃ１０或（αβ）３。

3种处理方式对葛仙米藻胆蛋白清除超氧阴离子自由基能力的影响

主要研究反复冻融、溶剂、pH值等对葛仙米藻胆蛋白清除超氧阴离子自由基能力的影响,并探讨藻胆蛋白的模拟胃肠液降解产物对超氧阴离子自由基清除能力的变化情况。结果发现反复冻融不会影响葛仙米藻胆蛋白清除超氧阴离子自由基的能力,磷酸缓冲液可提高藻胆蛋白清除超氧阴离子自由基的能力。pH 5.6和pH 7.3浸提物清除超氧阴离子自由基的能力差异不显著,但pH 8.1浸提液略优于其他两种。随着处理时间延长,模拟肠液消化产物清除超氧阴离子自由基能力逐渐增强,模拟胃液消化产物却逐渐下降。

螺旋藻（Spirulina platensis）藻胆体在解离过程中荧光发射光谱和光能传递的研究

对螺旋藻（Ｓｐｉｒｕｌｉｎａｐｌａｔｅｎｓｉｓ）藻胆体在室温和７７Ｋ处于不同浓度磷缓冲溶液和不同解离时间的荧光发射光谱进行了研究。藻胆体在０．９ｍｏｌ／Ｌ磷酸缓冲溶液中，由于没有发生解离，光能传递效率高，在７７Ｋ荧光发射光谱中只有一个峰，位于６８７ｎｍ，属于别藻蓝蛋白－Ｂ。当藻胆体悬浮在０．３ｍｏｌ／Ｌ磷酸缓冲溶液中１分钟，７７Ｋ荧光光谱的主峰出现在６８４ｎｍ．又出现６５５ｎｍ和６６６ｎｍ荧光峰，它们依次属子Ｃ－藻蓝蛋白和别藻蓝蛋白。在２小时；６５５ｎｍ荧先峰成为主峰，６８４ｎｍ荧光峰为次峰，６６６ｎｍ荧光肩消失。这表明Ｃ－藻蓝蛋白所捕获的先能已不能传递给别藻蓝蛋白，但能传给别藻蓝蛋白－Ｂ。我们提出在螺旋藻藻胆体中存在两类Ｃ－藻蓝蛋白，一是与别藻蓝蛋白相连接，另一是与别藻蓝蛋白－Ｂ相连接。

藻胆体发射终端能量传递过程的研究

利用超快速时间分辨光谱研究了蓝绿藻藻胆体的２ 个变藻蓝发射终端（ＡＰＢ， ＡＰＩ）单体和三聚体内的能量传递过程， 探测到ＡＰＢ和ＡＰＩ单体的两组亚基αＡＰ／βＡＰ和αＡＰＢ／βＡＰ（αＡＰ／β１８）间的能量传递时间常数分别为３０ ｐｓ和１９４ ｐｓ． ＡＰＢ和ＡＰＩ三聚体所共有的９～３２ ｐｓ 的短寿命组分来源于同一单体内能量由αＡＰ向βＡＰ的传递过程． 另２ 个短寿命组分（６８ ｐｓ和５０ ｐｓ）则可分别指认为ＡＰＢ内βＡＰ→αＡＰＢ和ＡＰＩ内αＡＰ→β１８能量传递的时间常数， 所测得的长寿命组分则是几种终端基团基态恢复的平衡时间．

藻蓝蛋白和藻红蓝蛋白β亚基半胱氨酸的定点突变及体外重组研究

为研究藻蓝蛋白 (PC)和藻红蓝蛋白 (PEC) β亚基 (分别简称为 β PC、β PEC)生物合成、结构与功能的关系 ,用MegaprimerPCR定点突变技术设计 β PC、β PEC中与藻蓝胆素连接的第二个半胱氨酸的定点突变蛋白质 β PC(C15 5I)和 β PEC(C15 5I)。将相应的基因片段亚克隆于表达载体pET 30a,并转化大肠杆菌BL2l(DE3)。经IPTG诱导后 ,β PC(C15 5I)和 β PEC(C15 5I)在大肠杆菌中均得到了高效表达。β PC(C15 5I)和 β PEC(C15 5I)与藻蓝胆素的重组结果表明两个突变体的结构基本没发生改变 ,有利于对 β PC和 β PEC的生物合成进行进一步研究。

藻胆体的结构与能量传递功能

藻胆体是红、蓝藻特有的捕光色素蛋白复合体,由水溶性的藻胆蛋白和连接多肽组成,在光合作用中能够吸收和传递能量。藻胆体作为水溶性蛋白复合物,位于类囊体膜基质侧,平均分子质量可达到10 Mu。藻胆体可以吸收不同波长的光能,并且能将能量以95%以上的效率传递到光反应中心。由于具有吸收波长范围宽和环境友好等特点,藻胆体在光合作用理论和实际应用等方面都有较大研究意义。本文主要对藻胆体的结构与能量传递研究进展进行了综述。

藻红蓝蛋白裂合异构酶E基因突变体的构建、表达与酶活性检测

通过诱变分别得到PecE的N端 ,C端和中间位置缺失突变的一系列突变基因的编码产物 ,测定了这 5种缺失蛋白质的酶活性的大小。实验结果显示 :来自层理鞭枝藻 (M laminosus,UTEX 1931)的PecE[简称PecE(UTEX1931) ]与来自层理鞭枝藻 (M laminosus, PCC 76 0 3)的PecE[简称PecE(PCC 76 0 3) ]有 81%的同源性。PecE(UTEX1931) PecF(PCC 76 0 3)的酶催化活性与PecE(PCC 76 0 3) PecF(PCC 76 0 3)的酶催化活性相当。PecE(UTEX 1931)的N端缺失 2 2个氨基酸的蛋白质显示出了约 2 0 %的催化活性 ;而N端缺失 36个氨基酸、5 6个氨基酸的蛋白质 ,C端缺失 2 3个氨基酸的蛋白质和PecE(PCC 76 0 3)中间缺失 2 7个氨基酸的蛋白质均丧失活性 。

发菜藻胆体亚单位的分子排布

本文通过负染电镜技术和单颗粒分析的方法首次对发菜藻胆体进行了深入研究。电镜结果显示,发菜藻胆体呈典型的半圆盘形,包括三个核柱体和六个杆状结构。藻胆体的三维结构显示藻胆体核柱体的顶面呈边长为10nm的三角形,三个柱体通过一个共同的顶点以三次轴对称地连接到一起;藻胆体的杆与核柱体的连接也是通过核柱体的顶点完成的。结合别藻蓝蛋白的晶体结构,并考察藻胆素在别藻蓝蛋白上的分布,我们认为这种顶点的连接方式有利于光能高效地从杆传递到核,进而传递到类囊体膜。

藻胆体与类囊体膜之间的能量传递研究进展

藻胆体是蓝藻及红藻主要的捕光天线,可以将吸收的光能传递给类囊体膜。该文首先对蓝藻及红藻藻胆体中各藻胆蛋白组分的能量传递规律,及藻胆体与类囊体膜之间能量传递机制进行了概述,认为能量传递效率与各蛋白组分的相对位置及其相互之间的光谱匹配程度有关;能量传递需要多种机制的共同参与,只是所占比例不同;状态转换不是在极端的实验条件下才发生的,而在日常条件下就可以发生。此外,还概述了藻胆体或藻胆蛋白与高等植物类囊体膜之间的能量传递,认为藻胆体或藻胆蛋白与高等植物类囊体之间能发生能量传递,不同的藻胆蛋白与高等植物类囊体之间的传递效率有所不同。最后对建立高效的植物光能传递系统的研究方向提出了展望。

藻胆蛋白的特性、应用、提取及展望

藻胆蛋白(Phycobiliproteins,PBPs)由藻胆素色基与脱辅基蛋白通过共价键连接而成,是蓝藻、红藻和部分隐藻中捕光天线复合物的主要成分.与高等植物和绿藻的捕光天线复合物-叶绿素蛋白复合物相似,藻胆蛋白在光合作用起初阶段担负光能的吸收和传递功能.本文比较了上述2类色素-蛋白复合物,提出藻胆蛋白的特点,有助于吸引更多学者参与其研究和开发;在特性、应用和提取部分讨论了一些值得关注的进展和本团队的近期研究;基于目前生物制药技术的特点,提出了一个不损伤藻细胞提取藻胆蛋白的技术设想.