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…     

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。     

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。     

钝顶节旋藻别藻蓝蛋白基因克隆、分析及重组表达蛋白荧光活性的研究

为探究蓝藻藻胆体核心色素蛋白-别藻蓝蛋白单个亚基的光学活性和功能,本研究克隆了钝顶节旋藻(Arthrospira platensis FACHB314)中的脱辅基别藻蓝蛋白基因apcAB及其亚基基因apcA和apcB。节旋藻基因组中apcAB全长共1 056 bp,由apcA和apcB串联组成,中间间隔84 bp。其中,apcA和apcB基因的全长均为486 bp,且均编码161个氨基酸,预测分子量分别约为17.39和17.33 kDa,它们分别编码的α和β亚基均属于Globin＿like超级家族,系统进化树分析显示其氨基酸序列在蓝藻和节旋藻中较为保守。将克隆出的亚基基因apcA、apcB分别同前期A.platensis FACHB314中获得的藻蓝胆素合成相关基因ho和pcyA以及色基裂合酶基因(cpcE、cpcF、cpcU、cpcS、cpcT)共同转化至大肠杆菌中,获得重组别藻蓝蛋白亚基菌株E.coli HPEFUSTA、E.coli HPEFUSTB。SDS-PAGE和Western Blot均显示重组菌株中已成功表达别藻蓝蛋白单亚基。荧光检测结果显示,在600 nm波长激发下,...     

藻胆蛋白的研究概况(Ⅱ)——藻胆蛋白的结构及其光谱特性

１藻胆蛋白的一级结构与特异位点的修饰目前,已经对一些藻胆蛋白的一级结构进行了测定。测定的方法有两种,一种是直接测定,另一种是测定相应基因的核苷酸序列再反推其氨基酸序列。通过对一级结构的比较分析,发现藻胆蛋白在某些位点处的氨基酸残基相当保守,并且认为这些位点在保证色基的构象以及蛋白质分子稳定性方面具有重要的意义。在一级结构分析中,还发现了一个相当有意义的现象,即在所有已测定的藻胆蛋白分子中,其β亚基的７２位均为经过修饰的γＮ甲酰天冬酰胺残基,这是经蛋白质的转译后修饰而产生的,而且不论是原核藻类还是真核藻类的…     

高纯度藻胆蛋白的分离纯化研究进展

藻胆蛋白在食品、化妆品等领域中具有广泛的应用前景,同时也可以作为医学研究中的荧光标记物和氧化应激疾病的潜在治疗药物。高纯度藻胆蛋白的分离纯化一直是国内外的研究热点。目前,蓝藻中的螺旋藻和红藻中的微藻紫球藻是研究较多的材料,龙须菜近年来的广泛种植,扩大了原材料的来源。藻胆蛋白的粗提主要是由物理破碎和化学沉淀组成,破碎的方法因原料的不同而具有一定的差异。高纯度的藻胆蛋白获取主要是通过离子交换,疏水层析等方法,这些方法耗时长,回收率低;双水相萃取,利凡诺沉淀,壳聚糖和活性碳吸附沉淀为人们分离纯化藻胆蛋白提供了新的思路。     

具荧光活性的节旋藻藻蓝蛋白α亚基在大肠杆菌中的重组表达

为探索节旋藻藻蓝蛋白的生物合成机理,以钝顶节旋藻(Arthrospira platensisFACHB314)基因组DNA为模板克隆了藻蓝蛋白α亚基基因cpcA、催化脱辅基蛋白与色基结合的裂合酶基因cpcE和cpcF,以及催化色基合成的铁氧蛋白氧化还原酶基因pcyA;以Synechocystissp.PCC6803基因组DNA为模板克隆了亚铁血红素氧化酶基因hox1。然后分别将cpcA、cpcE和cpcF基因构建到质粒pACYCDuet-1中,将hox1和pcyA基因构建到质粒pET-24a(+)中,用电击法将二者共同转化E.coliBL21(DE3),经诱导表达得到具有荧光活性的节旋藻藻蓝蛋白α亚基。在590 nm激发波长下,荧光发射峰为637.8 nm,证实了节旋藻自身的裂合酶CpcE和CpcF能够催化色基PCB与藻蓝蛋白脱辅基结合产生有荧光活性的藻蓝蛋白α亚基,为表达有荧光活性的藻蓝蛋白提供理论和实验基础。     

钝顶螺旋藻藻胆蛋白的提取及其特征初报

作者采用细胞破碎，等电点沉淀的方法，提取、分离螺旋藻的藻胆蛋白，并在藻胆蛋白中检测到１７种氨基酸。文中还研究了在５００－７００ｎｍ波长范围内不同外界因子对藻胆蛋白理化特性的影响，结果表明：（１）不同的ｐＨ值，藻胆蛋白液颜色及吸收光谱的形状和强度不同。当ｐＨ为４和５．５时，藻胆蛋白液呈绿蓝色，吸收峰在６２５ｎｍ处，而ｐＨ为７，吸收峰移至６００ｎｍ。（２）藻胆蛋白热稳定性差，吸收光谱强度随着温度升高而     

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。     

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。     

光学活性藻蓝蛋白β亚基的体内重组

在Synechococcus sp.PCC 7002中,首先发现了特异性催化脱辅基藻蓝蛋白β亚基(153位)与藻蓝胆素(phycocyanobiling, PCB)连接的裂合酶基因cpcT.本实验在Synechocystis sp.PCC 6803中找到与cpcT具有高度同源性的基因slr1649.构建2组相容的重组质粒pCDF-cpcB(C82I)或(C153I)-ho1-pcyA和pRSF-slr1649,cpcB(C82I)和cpcB(C153I)分别编码82和153位被突变的脱辅基藻蓝蛋白β亚基,slr1649编码可能的特异性裂合酶,在大肠杆菌体内生成PCB必需的2个基因(ho1编码血红素氧化酶,pcyA编码藻蓝胆素合成酶),将这些基因共同转化到大肠杆菌诱导表达,利用亲和层析柱对可溶性蛋白进行纯化,产物进行SDS-PAGE、色素蛋白锌电泳和光谱检测.结果表明基因slr1649能够特异性催化CpcB(153位)与PCB的连接,产生了具有光学活性的CpcB(C82I)-PCB,为进一步研究螺旋藻藻蓝蛋白的生物活性奠定了基础.     

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…     

不同营养方式下藻蓝蛋白对莱茵衣藻光合作用与生长的影响研究

藻蓝蛋白是光合蓝藻重要捕光天线藻胆体的主要组成部分,它能够帮助蓝藻吸收绿色光合生物难以利用的波长范围内的光,为了探究重组藻蓝蛋白对绿色植物光合作用的影响,本研究比较了在光合自养和混合营养两种营养方式下重组表达藻蓝蛋白的莱茵衣藻的光合作用与生长情况。结果表明：表达了藻蓝蛋白的莱茵衣藻中存在着从藻蓝蛋白到光合反应中心的光能传递。光合自养条件下,藻蓝蛋白能够显著促进莱茵衣藻的光合作用与生长;混合营养生长时,藻蓝蛋白也能够促进莱茵衣藻的光合作用,但效果不如光合自养条件下显著。     

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。     

钝顶螺旋藻藻胆蛋白的提取及其特性初报

作者采用细胞破碎,等电点沉淀的方法,提取、分离螺旋藻的藻胆蛋白,并在藻胆蛋白中检测到17种氨基酸。文中还研究了在500～700nm波长范围内不同外界因子对藻胆蛋白理化特性的影响,结果表明:(1)不同的pH值,藻胆蛋白液颜色及其吸收光谱的形状和强度不同。当pH为4和5.5时,藻胆蛋白液呈绿蓝色,吸收峰在625nm处,而pH为7,吸收峰移至600nm处,溶液呈蓝色,pH为8.5和10时,出现双峰,分别位于600nm和650nm处。(2)藻胆蛋白热稳定性差,吸收光谱强度随着温度升高而迅速下降。温度在30℃以下,藻胆蛋白较稳定。(3)藻胆蛋白对光照较敏感。(4)10％乙醇、10％蔗糖、1％NaCl对藻胆蛋白均有不同程度的增色效应。     

海水钝顶螺旋藻藻胆蛋白的初步研究

对海水钝顶螺旋藻Spirulina platensis Geitler藻胆蛋白进行分离、纯化及光谱测定,其种类和吸收光谱与淡水钝顶螺旋藻相似。光强和氮源是影响藻胆蛋白的重要因子,低光强可诱导海水钝顶螺旋藻藻胆蛋白含量大幅度(19.7％)增加;氮源不足或缺乏可导致藻胆蛋白大量降解,随后补充氮源则可使藻胆蛋白含量得到恢复,因而证明藻胆蛋白在海水钝顶螺旋藻中亦可起“氮库(nitrogen pool)”的作用。海南三亚室外生产的海水钝顶螺旋藻干品的藻胆蛋白含量随季节呈现周期性变化,光强可能是主要的影响因子。     

螺旋藻的藻胆蛋白提取及稳定性研究

对螺旋藻藻胆蛋白提取工艺进行研究，发现低浓度的ＣａＣｌ２溶液低温（４℃）自溶提取效果最好，在提取中，分别以新鲜藻泥和喷雾干燥的藻粉为材料，发现前者的藻胆蛋白得率高于后者，而两者的藻胆蛋白分离纯化后，光谱性质基本相同，稳定性研究结果表明，藻胆蛋白溶液在６０℃下热稳定性较好，在低温避光条件下保存最稳定。     

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。     

氮源对紫球藻和蓝隐藻胞外多糖及藻胆蛋白含量的影响

本文研究了4种不同氮源(硝酸钠、氯化铵、脲和硝酸铵)对紫球藻(Porphyridium sp.)和蓝隐藻(Chroomonas placoidea)叶绿素荧光参数(PSII最大光能转化效率F_v/F_m、相对电子传递效率rETR、光化学淬灭系数qP、非光化学淬灭系数NPQ)、细胞密度、干重、胞外多糖和藻胆蛋白含量的影响。研究结果表明,有利于紫球藻和蓝隐藻生长和光合作用的最佳氮源是硝酸钠,在此条件下,实验结束时,2种微藻的F_v/F_m、rETR、qP、细胞密度和干重均达到最大值,而氯化铵则对其上述参数均有抑制作用。有利于紫球藻分泌胞外多糖和合成藻胆蛋白的最佳氮源分别是氯化铵和硝酸铵,在此条件下,该藻胞外多糖和藻胆蛋白含量分别达到干重的29.0%和17.5%;有利于蓝隐藻分泌胞外多糖和合成藻胆蛋白的最佳氮源分别是脲和硝酸铵,在此条件下,该藻胞外多糖和藻胆蛋白含量分别达到干重的17.5%和18.8%。综合考虑生物量和活性物质含量,获取2种微藻胞外多糖的较理想氮源是脲,获取2种微藻藻胆蛋白的较理想氮源是硝酸钠。该结果为2种微藻的培养及开发利用提供了理论依据。     

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。