藻胆蛋白的研究概况(Ⅰ)——藻胆蛋白的种类与组成

藻胆蛋白主要存在于蓝藻、红藻、隐藻和少数一些甲藻中 ,其主要功能是作为光合作用的捕光色素复合体 ,在一些藻类中藻胆蛋白也可以作为储藏蛋白 ,以使藻类在氮源缺乏的季节得以生存。目前 ,对藻胆蛋白的基础研究方兴未艾 ,取得了一些重要的结果。同时由于发现藻胆蛋白有广泛的应用前景 ,因而备受人们的关注。本文就藻胆蛋白的种类及组成方面的研究概况作一综述。１藻胆蛋白的种类已知的藻胆蛋白主要可以分为４大类 ,即藻红蛋白（Ｐｈｙｃｏｅｒｙｔｈｒｉｎ）、藻蓝蛋白（Ｐｈｙｃｏｃｙａｎｉｎ）、藻红蓝蛋白（Ｐｈｃｏｅｒｙｃｙａｎｉｎ…     

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].     

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:     

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…     

几种重组别藻蓝蛋白的抗氧化活性

藻胆蛋白是某些藻类特有的捕光色素蛋白,其中天然别藻蓝蛋白、藻蓝蛋白的抗氧化活性已经被证明。实验以2,2-盐酸脒基丙烷(AAPH)为自由基生成者,应用藏红花素退色反应为检测清除氢过氧自由基的方法,探讨了在大肠杆菌(Escherichia coli)中表达并纯化的带有6×His(6×组氨酸)标签和带有麦芽糖结合蛋白(MBP)标签的重组别藻蓝蛋白及其α、β亚基的抗氧化活性。结果表明,带有His标签的6×Hisα-APC、6×Hisβ-APC和6×His-APC均显示出一定的清除氢过氧自由基的能力,其中6×Hisβ-APC清除氢过氧自由基的IC50值可达到27.2 mg/L,Ka/Kc(氢过氧自由基与重组别藻蓝蛋白和藏红花素反应的速度常数比)达到1.24,大于带有色素基团的天然APC清除氢过氧自由基能力(IC5057.5 mg/L);而带有MBP标签的重组别藻蓝蛋白亚基MBPα-APC和MBPβ-APC和MBP-APC(rAPC)则无明显的清除能力。结果首次证实了脱辅基蛋白具有清除氢过氧自由基能力,因而在天然藻胆蛋白中脱辅基蛋白是清除自由基的贡献者之一,这为进一步研究重组别藻蓝蛋白的抗肿瘤机理提供了线索。     

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。     

几种红藻和蓝藻的光合作用色素

分离纯化出几种海产红藻和一种蓝藻的光合作用色素,并测定了它们的化学性质和光谱学性质。这些藻类是3种红藻:多管藻(Polysiphonia urceolata)、橡叶藻(Phycodrys sp.)和条斑紫菜(Porphyra yezoensis);蓝藻:钝顶螺旋藻(Spirulina platensis)。用羟基磷灰石柱层析法从上述藻类中分离到几种不同的藻胆蛋白。经SDS-PAGE及光谱测定,发现条斑紫菜中的藻红蛋白不同于其它两种红藻。而橡叶藻中存在的两条藻红蛋白也有差异,条斑紫菜和钝顶螺旋藻中的两种别藻蓝蛋白之间也有区别。叶绿素分析表明,钝顶螺旋藻中叶绿素a的含量高于红藻中叶绿素a的含量。     

藻类PSII捕光叶绿素蛋白复合物结构研究进展

捕光复合物 (ＬＨＣ)在光合作用中负责光能的吸收和传递 ,这些复合物的捕光效率直接影响着植物的生长、发育以及生态分布。从光合生物进化的角度来看 ,捕光复合物的演变最为活跃 ,其组成和结构特性在一定程度上反映出光合系统结构进化乃至光合生物的进化历程。深入比较各种藻类及高等植物ＬＨＣＩＩ结构的异同 ,对于揭示光合系统结构和功能关系 ,探讨光合生物的进化都具有重要的意义。１藻类ＰＳＩＩ捕光叶绿素蛋白复合物结构及研究近况多数藻类 (蓝藻和红藻除外 ,它们的ＰＳＩＩ捕光复合物不是叶绿素蛋白复合物 ,而是水溶性的藻胆蛋白 )和…     

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。     

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

坛紫菜中的Ｒ－藻蓝蛋白在Ｂｉｏ－Ｒｅｘ７０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１８４００和２０５００，变藻蓝蛋白的α和β两亚基的分子量经测定，分别为１８８００和１９７００。Ｒ－藻蓝蛋白和变藻蓝蛋白的分子量分别确定为１１７０００和１２２０００，两藻胆蛋白中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     

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     

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。     

用高碘酸钠氧化法制备多管藻R-藻红蛋白和钝顶螺旋藻C-藻蓝蛋白的共价交联物

从海洋红藻多管藻(Polysiphonia urceolata)和蓝藻钝顶螺旋藻(Spirulina platensis)中分别纯化了R-藻红蛋白和C-藻蓝蛋白，然后用高碘酸钠氧化法将二共价连接。交联反应液经Sephadex G-200凝胶过滤纯化共价交联物。光谱分析表明，共价交联体内部存在着从R-藻红蛋白到C-藻蓝蛋白的能量传递。     

特异的隐藻藻胆蛋白的性质及存在状态

隐藻藻胆蛋白继承自红藻,但其蛋白和色基结构、组成、性质、在叶绿体中的存在部位等方面都与报道较多的红、蓝藻藻胆蛋白不同,是藻胆蛋白中较为特异的一个进化分支。目前对隐藻藻胆蛋白的了解比红、蓝藻藻胆蛋白要少得多,且各种报道之间存在差异甚至矛盾之处。本文从隐藻藻胆蛋白的生化特性、聚合形式和在类囊体膜腔中的存在状态等方面入手,对目前已发现的隐藻藻胆蛋白的研究近况做了综述和分析,并就存在的问题和解决方法做了讨论。     

坛紫菜中藻胆蛋白的性质与化学组成研究

坛紫菜(于1988年采自青岛太平角海区人工养殖筏上)的水溶性色素粗提物经过硫酸铵沉淀和羟基磷灰石(HA)柱层析后,分离出藻蓝蛋白(RPC)、藻红蛋白(RPE)和变藻蓝蛋白(APC)。在中性介质中,其吸收光谱和荧光发射光谱与文献报道基本一致;但在酸性(pH=3)或碱性(pH=12)介质中,吸收光谱较在中性介质中有明显改变,原有的荧光性质也消失。RPC和APC只分离到一种聚集体,但RPE有两种不同的聚集体。用SephadexG—100凝胶过滤方法测量藻胆蛋白的分子量分别为:RPC117000,APC112000,小分子RPE38000,大分子RPE232000。对三种藻胆蛋白的氨基酸分析的结果表明,三种藻胆蛋白中都是酸性氨基酸的含量大于碱性氨基酸的含量。     

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。     

青岛海产红藻R-藻红蛋白光谱特性的比较研究

本文对红毛菜纲(Bangiophyceae)和真红藻纲(Florideophyceae)的30种青岛海产红藻的R-藻红蛋白进行了比较研究。所测定的吸收光谱表明,这些红藻中的R-藻红蛋白可区分成两种光谱类型,即在可见光谱区有两个吸收峰的Ⅰ型R-藻红蛋白和有三个吸收峰的Ⅱ型R-藻红蛋白。红毛菜纲的9种低等红藻全是Ⅰ型R-藻红蛋白。在真红藻纲的高等红藻中有三种是Ⅰ型R-藻红蛋白,其余18种都是Ⅱ型R-藻红蛋白。根据这两种R-藻红蛋白在红藻中的分布,可以看到从Ⅰ型R-藻红蛋白向Ⅱ型R-藻红蛋白进化的趋势,但这种进化过程是比较复杂的,并不存在一条以真红藻纲的海索面目为截然的分界线。两种光谱类型的R-藻红蛋白在红藻中的出现具有一定的分类学意义。     

重组别藻蓝蛋白的超快能量传递过程

藻胆体是红、蓝藻特有的光合作用捕光天线复合物。别藻蓝蛋白(APC)是组成藻胆体高效能量传递的核心结构的主要成分。本文以基因重组的别藻蓝蛋白(rAPC)的单体和三聚体为材料,通过稳态光谱、圆二色光谱以及超快时间分辨光谱研究了rAPC的结构构象和能量传递过程。结果表明,rAPC在测试条件下能保持和天然APC一致的光谱特性和活性构象;rAPC单体组装成三聚体后,其α84PCB和β84PCB可以组成激子色素对,通过激子分裂提高三聚体的能量传递效率;超快时间分辨光谱结果显示,在rAPC三聚体中,能量从620 nm传至650 nm的时间为300～600 fs,同时存在着19 fs的激子态的电子退相干过程。这些结果为揭示藻胆体的高效能量传递机制提供了数据基础。