细菌视紫红质/聚乙烯醇复合膜的制备及相关功能研究 被引量：8

1

作者 刘嘉 明明 +3 位作者 刘坚 黄力 李庆国 丁建东 《化学学报》 SCIE CAS CSCD 北大核心 2002年第12期2209-2213,共5页

细菌视紫红质(bR)是一种独特的光敏蛋白,具有光致变色和光驱质子泵功能.将bR蛋白包埋于聚乙烯醇(PVA)基质中,制备了bR/PVA复合膜.利用紫外 -可见分光光度计和自制的毫秒级动力学光谱仪,检测了样品的吸收光谱和光循环M中间体在脉冲光激... 细菌视紫红质(bR)是一种独特的光敏蛋白,具有光致变色和光驱质子泵功能.将bR蛋白包埋于聚乙烯醇(PVA)基质中,制备了bR/PVA复合膜.利用紫外 -可见分光光度计和自制的毫秒级动力学光谱仪,检测了样品的吸收光谱和光循环M中间体在脉冲光激发下随时间的变化;同时,利用凝胶扫描成像仪及相关分析软件考察了样品成膜后的均匀程度.实验表明:bR/PVA复合膜具有良好的均匀性、透明性和力学性能,而且bR蛋白保持了原有的生物活性和光学性质,bR与M中间体之间能达到一种光可控制的双稳态,M中间体的寿命也得到了显著的延长。 展开更多

关键词 聚乙烯醇 制备 细菌视紫红质 光循环 光驱质子泵 聚合物复合膜 信息材料 信息存储

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类胡萝卜素发色团对光驱质子泵aR4关键残基F146功能的影响 被引量：2

2

作者 陈超敏 崔浩琳 赵欣 《基因组学与应用生物学》 CAS CSCD 北大核心 2022年第3期553-568,共16页

古紫质-4(archaerhodopsin-4,aR4)是一种类似于细菌视紫红质(bacterirhodopsin,bR)的光驱质子泵蛋白,同样具有三聚结构。其差异性在于,每个单体除了由一分子视蛋白和一分子视黄醛发色团共价结合而成外,单体间还镶嵌有一个类胡萝卜素发... 古紫质-4(archaerhodopsin-4,aR4)是一种类似于细菌视紫红质(bacterirhodopsin,bR)的光驱质子泵蛋白,同样具有三聚结构。其差异性在于,每个单体除了由一分子视蛋白和一分子视黄醛发色团共价结合而成外,单体间还镶嵌有一个类胡萝卜素发色团菌红素(bacterioruberin),同时二者具有不同的质子传输时序。苯丙氨酸-146(phenylalanine-146,F146)和甲硫氨酸-145(methionine-145,M145)是aR4和bR视黄醛键合区处在相同位置且唯一不同的关键残基。已有研究结果表明,bR的M145F突变可影响其暗适应态下视黄醛的顺反异构平衡,而且对其光循环有着重要的影响。然而,F146在aR4中的作用尚不清楚,特别是菌红素对质子泵视黄醛键合区关键残基的作用是否存在调控尚未见报道。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、酸碱滴定和固体核磁共振等技术手段,对比分析F146M和M145F单点突变对aR4和bR视黄醛键合区和光循环影响的共性和差异性。研究结果表明,F146和M145在aR4和bR中均起到维持视黄醛顺反异构平衡的作用,突变可造成键合区装配紧密程度和胞外侧氢键网络的改变,从而参与调控质子释放至胞外的过程。此外,本研究发现菌红素不仅具有稳定aR4三聚结构的作用,更重要的是对键合区关键残基F146存在调控作用,菌红素的缺失可造成F146作用的弱化。 展开更多

关键词 古紫质-4 光驱质子泵 苯丙氨酸-146 视黄醛及类胡萝卜素发色团 视黄醛顺反异构平衡及光循环

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天冬氨酸116在光驱质子泵古紫质-4中的作用研究

3

作者 王菲 赵欣 《基因组学与应用生物学》 CAS CSCD 北大核心 2022年第9期1914-1926,共13页

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... 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据。 展开更多

关键词 古紫质-4 光驱质子泵 天冬氨酸116 视黄醛及类胡萝卜素发色团 光循环动力学及质子泵功能

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亮氨酸94在光驱质子泵古紫质-4中的功能

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作者 刘冬雪 赵欣 《生物学杂志》 CAS CSCD 北大核心 2023年第4期11-19,共9页

利用基因定点突变技术分别将bR/aR4(细菌视紫红质/古紫质-4)中L93/L94(亮氨酸93/亮氨酸94)突变为侧链不同的丙氨酸、苯丙氨酸和极性不同的苏氨酸,得到bR、含菌红素BI-aR4和缺失菌红素BE-aR4体系突变蛋白,采用紫外-可见光吸收光谱、闪光... 利用基因定点突变技术分别将bR/aR4(细菌视紫红质/古紫质-4)中L93/L94(亮氨酸93/亮氨酸94)突变为侧链不同的丙氨酸、苯丙氨酸和极性不同的苏氨酸,得到bR、含菌红素BI-aR4和缺失菌红素BE-aR4体系突变蛋白,采用紫外-可见光吸收光谱、闪光光解光谱技术和pH滴定等方法,对比研究L94在aR4中对视黄醛构象、光循环及质子传输的影响及其同菌红素的关系。结果表明,aR4中L94同样会通过空间位阻效应调控视黄醛键合区构象和质子通道的螺旋分布,以维持视黄醛顺-反异构平衡和再异构化过程,并且促进质子的释放,保证蛋白高效的质子泵活性。此外,L94对aR4结构和功能的影响会受到菌红素的调制,在缺失菌红素的情况下L94突变对aR4螺旋的扰动更加剧烈,导致质子供体和质子释放簇周围的氢键网络发生变化。 展开更多

关键词 古紫质-4 光驱质子泵 亮氨酸94 菌红素 细菌视紫红质

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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

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作者 宋春雨 赵欣 《基因组学与应用生物学》 CAS CSCD 北大核心 2022年第11期2156-2171,共16页

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... 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R83与PRC间的氢键相互作用要弱于R82与PRC间的氢键相互作用,这可能是导致aR4不同质子释放时序的原因之一。此外,菌红素的缺失可导致R83功能对体系pH依赖性增加。 展开更多

关键词 古紫质-4 光驱质子泵 精氨酸-83 类胡萝卜素发色团 质子传输时序

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光驱质子泵的机理探讨与生物材料的研究

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作者 吴佳 马德旺 +6 位作者 赵迎春 王雅卓 明明 黄伟达 李庆国 赵有源 丁建东 《生物物理学报》 CAS CSCD 北大核心 2009年第S1期127-128,共2页

细菌视紫红质(BR)是嗜盐菌细胞膜中的一个辅基蛋白质,具有光驱质子泵的功能。复旦大学近年来发现了古细菌中一个类似的蛋白质。

关键词 细菌视紫红质 光驱质子泵 生物材料 图案化

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Y186F突变对光受体蛋白古紫质-4质子传输和能量转换的影响

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作者 郜玉娇 孙超 +1 位作者 王娟 赵欣 《基因组学与应用生物学》 CAS CSCD 北大核心 2018年第2期881-887,共7页

光驱动质子泵是一类以视黄醛为主要发色团的七-跨膜光敏受体蛋白,其功能是利用质子由胞内输送到胞外所形成的氢离子浓度梯度,通过ATP的合成将光能转化为化学能。本研究以细菌古紫质-4（archaerhodopsin-4,aR4）为研究对象,旨在探究位于... 光驱动质子泵是一类以视黄醛为主要发色团的七-跨膜光敏受体蛋白,其功能是利用质子由胞内输送到胞外所形成的氢离子浓度梯度,通过ATP的合成将光能转化为化学能。本研究以细菌古紫质-4（archaerhodopsin-4,aR4）为研究对象,旨在探究位于视黄醛结合口袋的芳香性残基酪氨酸186（Y186）对其质子泵功能以及能量转换效率的影响。利用重叠延伸PCR技术构建Y186F^L33-aR4突变体,并通过紫外-可见光吸收光谱、动力学瞬态吸收光谱以及ATP生成率测定等手段,对RC^L33-aR4（recombinant aR4）和Y186F^L33-aR4突变体进行对比研究。研究表明,相较于RC^L33-aR4,Y186F^L33-aR4突变体的紫外-可见光谱最大吸收峰发生了4 nm的蓝移,M中间态寿命延长了约5倍,O中间态寿命则延长了约2倍,同时突变之后造成了质子泵功能的明显减弱。此外,相较于重组RC^L33-aR4菌株,Y186F^L33-aR4突变体菌株的ATP生成率约降低了36.5%。因此可以判定。 展开更多

关键词 古紫质-4 定点突变 视黄醛结合口袋 光驱质子泵 能量转换效率

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菌紫质光驱动质子泵机理的探讨

8

作者 徐军 李春 罗积军 《武警工程学院学报》 2000年第4期48-49,共2页

菌紫质是嗜盐菌紫膜中的一种光能转换蛋白,它具有一系列独特的光电特性,从其结构出发讨论光驱质子泵功能,结果表明光驱质子泵性质对光信息处理有重要的意义。

关键词 菌紫质 光驱质子泵 生物分子器件 光敏蛋白

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紫膜上菌紫质(BR)分子间光协同作用研究

9

作者 孙庆安 李庆国 张志鸿 《生物物理学报》 CAS CSCD 北大核心 2000年第1期53-58,共6页

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 ... 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。 展开更多

关键词 菌紫质 光循环 协同作用 晶格结构 光驱动质子泵

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光驱动质子泵：在原子水平探索质子泵工作机理

10

作者 赵日功 《日本的科学与技术》 1992年第4期23-28,共6页

关键词 光驱动质子泵 质子泵 生物膜

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细菌视紫红质在生物传感器中的应用进展 被引量：1

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作者 刘文清 张涛 《材料导报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第23期23171-23182,共12页

生物传感器是生物敏感材料、理化换能器与电信号放大装置等多学科交叉的综合集成技术装置。典型的生物传感器以特异性感知的生物活性材料作为敏感元件,结合基于微电子器件的物理化学换能器和调理电路,实现生物敏感信息的电信号转换及放... 生物传感器是生物敏感材料、理化换能器与电信号放大装置等多学科交叉的综合集成技术装置。典型的生物传感器以特异性感知的生物活性材料作为敏感元件,结合基于微电子器件的物理化学换能器和调理电路,实现生物敏感信息的电信号转换及放大。换能器的灵敏度、抗干扰能力等因素直接影响生物传感器的性能。从嗜盐菌中提取的细菌视紫红质是一种具有良好光敏特性的生物材料,可直接将光信号转化成电信号,从而实现将敏感元件和换能器合二为一的功能,已广泛应用于多种生物传感器中。细菌视紫红质的感光灵敏度和稳定性适用于开发具有颜色灵敏度的光传感器,最早的应用方向是人工视网膜;其光敏感和换能一体化特性可实现使用单个传感元件进行光学运动检测的功能,应用可扩展到运动传感领域。除了在视觉传感领域的应用,细菌视紫红质在病原体检测、水体pH检测、细胞膜电位检测等领域均表现出良好的灵敏性、稳定性和特异性。其不仅在生物传感领域具有应用价值,而且为半导体传感方法的研究提供了新途径。本文在简述细菌视紫红质的质子泵和光电响应特性等基本功能的基础上,阐述了细菌视紫红质构建生物传感器的应用进展,分析了不同传感器的特点,以期为细菌视紫红质的机理及其应用研究提供参考。 展开更多

关键词 细菌视紫红质 生物传感器 光驱动质子泵 光电响应

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