红藻藻胆蛋白的分离与鉴定

植物的光合器官通常含有叶绿素、类胡罗卜素和藻胆蛋白三类色素。藻胆蛋白主要包括藻红蛋白、藻蓝蛋白和变藻蓝蛋白。藻胆蛋白是水溶性的,这些蛋白质以共价键与发色团相连。R代表红藻纲,C代表蓝藻纲。 藻胆蛋白主要分布在蓝藻、红藻和隐藻中,是光合作用的辅助色素,当藻红蛋白吸收了光能后,将能量传递给藻蓝蛋白,然后经过变藻蓝蛋白传递给叶绿素a以进行光合作用。因而,藻胆蛋白是进行光合作用的主要光接受器。     

华北半叶紫菜藻胆体的光谱特性和光能传递的研究

红藻的光合器是由叶绿体和藻胆体组成的。藻胆体由多种藻胆蛋白和在结构上起连接作用的无色蛋白或多肽所组成。藻胆体与类囊体片层紧密结合,在单位类囊体的片层上藻胆体的数目因生物种类不同及其所处环境条件的不同而异;一般为400—1200个/μm~(-2)。 藻胆体的功能是捕获光能和将光能传递给类囊体片层上叶绿素a,以进行光合作用。 红藻藻胆体中藻胆蛋白之间光能传递顺序为:R-藻红蛋白→R-藻蓝蛋白→别藻蓝     

藻红蛋白研究进展

高等植物的主要光合色素是叶绿素a和叶绿素b,而红藻、蓝藻和隐藻的光合色素是叶绿素a和藻胆蛋白。藻胆蛋白包括藻红蛋白(Phycoerythrin,PE)、藻蓝蛋白(Phycocyanin,PC)、异藻蓝蛋白(Allophy-cocyanin,APC)和藻红蓝蛋白(Phycoerythrocyanin,PEC)等,氨基酸序列和免疫交叉反应结果显示PEC归于PC之中。它们各有自己独特的吸收光谱和荧光发射光谱。PE,PC,APC在藻体类囊体膜上顺序排列,加上连接蛋白构成藻胆体,其结构如图1所示。藻胆蛋白能高效率地捕获光能并传递给光系统,光能传递的方向为PE→PC→APC→chla。对藻胆蛋白结构与功能…     

重组藻胆蛋白与高等植物类囊体膜之间能量传递的研究

为了探究藻胆蛋白与高等植物类囊体膜之间的光能传递规律,验证重组藻胆蛋白是否可以与高等植物类囊体膜之间的光能传递,本研究分别提取了重组藻红蛋白、重组藻蓝蛋白以及菠菜和韭菜的类囊体进行混合孵育,然后进行了全波长吸收光谱以及荧光光谱检测。结果显示:混合孵育时间为10~20 min有利于重组藻红蛋白和藻蓝蛋白与类囊体膜结合并进行光能传递,最适混合孵育时间随重组藻胆蛋白和类囊体的种类不同而稍有不同;重组藻红蛋白不能与菠菜或韭菜的类囊体膜直接发生光能传递,但是当体系中添加重组藻蓝蛋白的时候就可以;重组藻蓝蛋白可以与类囊体中的叶绿素a直接进行光能传递,使得叶绿素a的荧光发射峰值显著提升,当藻红蛋白和藻蓝蛋白的比例是1∶2时,光能传递效率较高。本研究为藻胆蛋白在构建新型光合系统中的应用提供实验依据。     

重组藻蓝蛋白与水稻类囊体膜之间光能传递的初步研究

为了研究藻蓝蛋白和高等植物类囊体膜之间的光能传递,本实验将诱导表达的重组藻蓝蛋白和水稻类囊体混合孵育后,检测其77K荧光发射光谱以及类囊体膜的电子传递速率和光化学量子产量,结果表明重组藻蓝蛋白和水稻类囊体膜光系统Ⅰ之间存在能量传递使得光化学量子产量提高.本研究为利用藻胆蛋白构建新型光合系统提供了理论基础和实验依据.     

隐藻藻蓝蛋白与类囊体膜的动态结合模型

隐藻藻胆蛋白在类囊体腔中的存在状态始终存在争议,为了深入了解这一问题,作者以含有藻蓝蛋白(PC645)的蓝隐藻(Chroomonas placoidea)活体细胞及充分洗涤过的类囊体膜为材料,测定其室温吸收光谱、荧光谱以及77K低温荧光光谱,并根据光谱数据分析了PC在类囊体腔中的存在状态。结果显示,蓝隐藻的类囊体膜上始终紧密结合着一定量的PC,并且很可能是以PC的β亚基与膜相接触,证实藻胆蛋白在类囊体腔中不是完全游离的,与膜的接触也并非完全无倾向性排布;PC既可将激发能传递给光系统(PS)II,但也可传递给PSI,相较于叶绿素(Chl)a和Chl c,在PSI长波荧光中PC的贡献更明显,而Chl c吸收的光能,更倾向于传递给PSII或者短波长Chl a;蓝隐藻细胞中表现出超比例的PC荧光发射,说明除了结合在膜上的PC外,有一部分PC是游离的,其存在对于隐藻捕光功能来说可能是有冗余的;游离的PC可与类囊体膜重新接触而恢复能量传递功能。根据实验结果以及前人的报道,提出了隐藻藻胆蛋白与类囊体膜的结合是动态的观点,并给出了相应的模型。     

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。     

海水钝顶螺旋藻富硒及其含硒藻蓝蛋白的研究

研究了亚硒酸钠梯度浓度对海水钝顶螺旋藻Spirulina platensis生长及藻胆蛋白含量的影响,对含硒藻蓝蛋白进行分离纯化,得到含硒藻蓝蛋白纯品。结果表明,硒添加浓度小于100mg.L-1时,对藻体生长有一定的促进作用,其生物量、藻蓝蛋白和别藻蓝蛋白含量有增加,藻体硒含量及富硒系数明显高于文献报道的相似条件下的淡水螺旋藻;纯化的含硒藻蓝蛋白溶液在弱光照、低温、pH4—8的范围内稳定性较好;含硒藻蓝蛋白的光谱特性与藻蓝蛋白相比几乎没有差异,紫外与可见光吸收光谱特征吸收峰在280nm和620nm,荧光激发峰在558nm,室温条件下最大荧光发射峰在655nm,说明海水钝顶螺旋藻富集硒后及海水的胁迫对其藻蓝蛋白的光谱特性没有明显影响。     

R—藻红蛋白的某些特性研究

在红藻(Rhodophyta)、蓝绿藻(Cyanophyta)和隐藻(Cryptophyta)中有着不同的藻胆蛋白,它们是这些藻类在光合作用中的辅助色素。藻胆蛋白是藻红蛋白、藻蓝蛋白和变藻蓝蛋白等的总称。这些蛋白质以共价键方式连结着开链的四吡咯发色基团:     

江蓠属藻胆蛋白的研究──Ⅰ 诱变、突变体筛选及藻胆蛋白的光谱特性

用N-甲基-N′-硝基-N-亚硝基胍（MNNG）对龙须菜配子体进行诱变处理，并筛选出色素突变体。又以真江蓠、细基江篱繁枝变型、龙须菜及其突变体为材料进行了藻胞蛋白的提取、纯化及藻胆蛋白光谱特性的研究。结果表明，江蓠属三个物种藻胆蛋白的含量有明显差异，龙须菜的野生型藻体与突变体之间藻胆蛋白含量的差异比不同物种之间的差异更为显著。江蓠属三个物种中藻胆蛋白的吸收光谱中以藻红蛋白（PE）变化最大：细基江蓠繁枝变型PE的吸收光谱有二峰一肩，属Ⅰ型R-PE，而真江蓠和龙须菜的PE的吸收光谱有三个峰，属Ⅱ型R－PE：龙须菜的不同突变型藻体的吸收光谱也有Ⅰ型和Ⅱ型R－PE之分。不同物种藻蓝蛋白也有R－PC和C－PC的差异，异藻蓝蛋白的吸收光谱及三种藻胆蛋白的荧光发射光谱也略有变化。并以光合进化的观点分析了本文的实验结果。     

坛紫菜R-藻蓝蛋白和变藻蓝蛋白的亚基组成和发色团含量

坛紫菜(Porphyra haitanensis T.J.Chang et B.F.Zheng)中的R-藻蓝蛋白在Bio-Rex 70柱上用脲溶液(pH3.0)解离和层析,得到了α和β两个亚基,用SDS-PAGE测定α和β亚基的分子量分别为18 400和20 500。变藻蓝蛋白的α和β两亚基均分子量经测定,分别为18 800和19 700。R-藻蓝蛋白和变藻蓝蛋白的分子量分别确定为117 000和112 000,两藻胆蛋白中α和β两个亚基的摩尔比都为1:1,确定两藻胆蛋白的亚基组成都为(αβ)_3。各亚基的发色团含量为:R-藻蓝蛋白中,α亚基含1个藻蓝胆素,β亚基含1个藻蓝胆素和1个藻红胆素。变藻蓝蛋白中,α和β亚基各含1个藻蓝胆素。     

利用多功能裂合酶CpcE/F合成非天然重组藻胆蛋白

藻胆蛋白裂合酶是催化藻胆色素与脱辅基藻胆蛋白亚基共价连接的裂合酶,在藻胆蛋白的生物合成途径中发挥着重要作用。本实验以藻蓝蛋白裂合酶Cpc E/F为研究对象,采用基因工程组合表达技术,构建了pCDFDuet-apcA-cpcE/F-hox1-pebS、pCDFDuet-pecA-cpcE/F-hox1-pebS等重组质粒,并导入大肠杆菌中,在IPTG的诱导下,成功表达得到两种非天然藻胆蛋白ApcA-PEB和PecA-PEB,这表明Cpc E/F不仅可以催化藻蓝胆素和脱辅基藻蓝蛋白的结合,还可以催化藻红胆素(PEB)与别藻蓝蛋白α-亚基(ApcA)和藻红蓝蛋白α-亚基(PecA)的结合,因此是一种多功能的裂合酶。根据重组产物的光谱特征峰分析发现,ApcA-PEB和PecA-PEB作为两种非天然存在的重组藻胆蛋白,具有与对应天然藻胆蛋白有着相近的特征吸收光谱和荧光发射峰,但同时具有明显的波长偏移并伴有色素异化现象,其光谱学性质主要由其所携带的色素基团决定。另外,荧光寿命衰减分析发现,不同脱辅基蛋白对于重组藻胆蛋白的光谱稳定性具有重要的影响。     

钝顶螺旋藻C-藻蓝蛋白分子内不同基团间能量传递的研究

于１９９６年８－１２月,从钝顶螺旋藻中分离纯化Ｃ－藻蓝蛋白,并用荧光光谱法对Ｃ－藻蓝蛋白分子内不同基团间的能量传递进行研究,结果表明,Ｃ－藻蓝蛋白分子内芳香族氨基酸残基能将能量传至与脱辅基蛋白共价结合的色基,从而使色基产生相应的荧光,Ｃ－藻蓝蛋白分子２４０－２４５ｎｍ的荧光激发峰产生于二硫键,它也能将吸收的能量传至色基;同时还发现,溶液状态下的Ｃ－藻蓝蛋白分子内,色氨酸残基可能位于分子内部的疏水区     

坛紫菜藻红蛋白α,β亚基基因的克隆和序列分析

藻胆蛋白(Phycobiliprotein,PBP)是原核藻类和真核藻类进行光合作用的捕光色素蛋白,占藻体干重的2%左右,主要分为3类:藻红蛋白(phycoer-ythrin,PE)、藻蓝蛋白(phycocyanin,PC)和别藻蓝蛋白(allophycocyanin,APC)[1].藻胆蛋白一般由α亚基和β亚基组成,部分藻胆蛋白中还存在γ亚基.一般由α和β亚基形成稳定的单体(αβ),再由单体聚合为多聚体(αβ)_n.从蓝藻和红藻中分离的藻胆蛋白为三聚体(αβ)₃或六聚体(αβ)₆[2].     

条斑紫菜藻红蛋白的制备

藻红蛋白存在于红藻、蓝藻与隐藻中。自Kützing(1843)首先从红藻中提出藻红蛋白以来,通过长期的研究,对这类色蛋白的种类、分布、结构和功能都有了更深入的了解。 红藻和蓝藻的藻红蛋白有三种:C-藻红蛋白,B-藻红蛋白和R-藻红蛋白。此外,在隐藻中另有三种隐藻藻红蛋白。条斑紫菜(Porphyrayezoensis)的藻红蛋白属于R-藻红蛋白。 藻红蛋白是光合作用的集光色素,它能高效率地吸收光能并将激发能传递给叶绿素a。     

不同生长期坛紫菜中藻胆蛋白的含量变化

于１９９０年９－１２月在青岛海区人工养殖筏采集坛紫菜，提取混合藻胆蛋白，第其经羟基磷灰石柱层析，分离出Ｒ－藻红蛋白（ＲＰＥ）、Ｒ－藻蓝蛋白（ＲＰＣ）和变藻蓝蛋白（ＡＰＣ）。测定了３个不同生长发育阶段的北移坛紫菜中各藻胆蛋白的含量，并与南方坛紫菜做了比较研究。结果表明，坛紫菜生长初期和盛期藻胆蛋白含量较高；到末期大幅度降低，降低的幅度为ＲＰＥ〉ＲＰＣ〉ＡＰＣ。各种藻胆蛋白的光谱特性不随藻体的生长发育     

钝顶螺旋藻C-藻蓝蛋白和多管藻R-藻红蛋白的分离纯化及摩尔消光系数的测定

１９９３年１１月￣１９９４年１月用简单的羟基磷灰石柱层析法从多管藻中分离纯化了Ｒ－藻红蛋白和从钝顶螺旋藻中纯化了Ｃ－藻蓝蛋白，它们的纯度（指可见光部分的最大吸收与２８０ｎｍ处吸收值之比）可分别达到６（Ｒ－藻红蛋白）和５．５（Ｃ－藻蓝蛋白）。由于不同藻种的同种藻胆蛋白的摩尔消光系数不同，所以应用凯氏定氮法并结合可见光的吸收值测定了上述两种藻胆蛋白的摩尔消光系数，钝顶螺旋藻Ｃ－藻蓝蛋白为１．８５３×１     

藻胆蛋白脱辅基蛋白对其抗氧化活性的影响

探讨了光照和脱辅基蛋白结构对藻胆蛋白抗免化活性的影响，结果表明，光照下，藻胆蛋白能够产生自由基，黑暗下，则能够清除自由基，因此，藻胆蛋白具有产生和清除自由基的双重功能。在光照下，用SDS（十二烷基硫酸钠)、脲及碱性条件下，对藻胆蛋白进行变性，藻胆蛋白产生自由基的能力消失，清除自由基的能力明显增强，因此，藻胆蛋白清除自由基主要由藻胆色素完成，天然状态下藻胆蛋白中脱辅基蛋白三维结构更有利于色素基团对光能的吸收与传递，这与其在体内的生理功能相一致。     

江蓠属藻胆蛋白的研究──Ⅱ.龙须菜藻胆蛋白光谱特性和荧光动力学研究

本文以野生型和突变型龙须菜为材料,测定了完整藻体的室温吸收光谱、77K低温荧光发射光谱和叶绿素诱导荧光动力学曲线.野生型(Wt)和黄色突变体(Ye100)的室温吸收光谱有435、498、540、566、618、640和680nm7个吸收峰;绿色突变体Gr180和Gr184则只有除540nm以外的6个吸收峰.3种突变体的藻红蛋白含量均比野生型少,两种绿色突变体的藻蓝蛋白含量相对有所增加,别藻蓝蛋白含量变化不明显.77K低温荧光发射发谱(激发光分别为436、540和580nm)的结果表明:在发射峰的波长上,4种材料没有明显的区别,但Wt中PE吸收的光能传递效率比较低.叶绿素诱导荧光动力学曲线显示Wt的光系统Ⅱ活性、光系统Ⅱ原初光能转化效率及光合碳代谢活性都高于突变体.     

钝顶螺旋藻C-藻蓝蛋白和多管藻R-藻红蛋白的分离纯化及摩尔消光系数的测定

１９９３年１１月～１９９４年１月用简单的羟基磷灰石柱层析法从多管藻中分 离纯化了Ｒ－藻红蛋白和从钝顶螺旋藻中纯化了Ｃ－藻蓝蛋白，它们的纯度（指可见 光部分的最大吸收与 ２８０ｎｍ处吸收值之比）可分别达到 ６（Ｒ－藻红蛋白）和 ５． ５（Ｃ－ 藻蓝蛋白）。由于不同藻种的同种藻胆蛋白的摩尔消光系数不同，所以应用凯氏定 氮法并结合可见光的吸收值测定了上述两种藻胆蛋白的摩尔消光系数，钝顶螺旋 藻Ｃ－藻蓝蛋白为１．８５３ × １０６ｍｏｌ－１ｃｍ－１（６２０ｎｍ），多管藻Ｒ－藻红蛋白为１．７９６ × １０６ｍｏｌ－１ｃｍ－１（４９８ｎｍ），为藻胆蛋白的浓度测定提供了方便。