表面活性剂和膜脂与固氮红细菌(Rhodobacter azotoformans)LH2相互作用研究

摘要

外周捕光复合体LH2是位于光合细菌内膜系统（光合膜）中的光合作用功能元件之一，负责捕获和传递光能，由膜蛋白、细菌叶绿素和类胡萝卜素组成。表面活性剂作为增溶剂广泛应用于LH2的分离纯化、重构和结晶，阐明表面活性剂对LH2的影响非常重要。膜脂作为光合膜的重要组分，为LH2发挥功能提供基本骨架，因此研究膜脂与LH2的相互作用对光合膜结构和功能的研究及认识光合作用的本质有重要意义。
　　本文以Rhodobacter azotoformans LH2为研究对象，采用光谱学方法，结合脂质体重构和原子力显微镜技术，研究了表面活性剂对LH2结构和功能的影响，以及LH2的脂质体重构和2D晶体结构，主要获得以下结果:
　　1.十二烷基二甲基胺氧化物(LDAO)广泛应用于光合作用光合单元-外周捕光复合体(LH2)的纯化、结晶及各种理化分析，阐明LDAO对LH2的影响非常重要。采用光谱法系统研究了LDAO对Rhodobacter azotoformans134K20菌株LH2构象及细菌叶绿素(BChl)解离行为的影响。结果表明:(1)在室温pH8.0缓冲溶液中，LDAO使LH2构象发生变化，α-螺旋含量提高，Tyr和B850细菌叶绿素分子特征吸收峰蓝移，能量传递效率提高。(2)在60℃pH8.0缓冲溶液中，LH2中B800和B850细菌叶绿素分子可解离为游离BChl。LDAO能增加LH2的高温稳定性，延缓并改变B800和B850解离过程和行为。(3)在室温强酸和强碱溶液中，LDAO加剧了B800和B850解离并分别转化为游离细菌脱镁叶绿素(BPhe)和游离BChl，表现出不同的解离行为，尤其在不含LDAO的强酸溶液中，首次观察到B850呈现先解离再自组装的过程。
　　2.采用吸收光谱法研究了十二烷基硫酸钠(SDS)诱导Rhodobacterazotoformans外周捕光复合体LH2细菌叶绿素(BChl)的解离行为和规律。结果表明:室温下，在10 mmol·L-1 Tris-HCl(pH8.0)缓冲液中，低浓度SDS只诱导LH2中B800 BChl(B800)解离生成游离BChl，而B850 BChl(B850)不受影响;当浓度达到0.08％(w/v)时，能特异性地诱导B800 BChl缺失，其缺失过程和游离BChl的生成过程均符合单指数模型，且二者的速率常数近似相等。高浓度SDS能同时诱导B800和B850解离生成游离BChl，其中B800可发生缺失，而B850则不完全解离，解离过程均符合单指数模型;B800对SDS更敏感，其解离速率常数约是B850的4倍，游离BChl生成速率常数明显低于B800解离速率常数，而与B850解离速率常数相接近。
　　3.采用脂质体重构法和原子力显微镜技术研究了Rhodobacter azotoformans外周捕光复合体LH2的2D晶体结构。结果表明:通过超声法和冻融法反复循环可制备均匀的粒径约为100nm大豆卵磷脂双层脂质体，采用透析法可实现脂质体与LH2复合体的重构，重构后，B850在吸收光谱和荧光光谱的峰位均发生蓝移。使用AFM的轻敲模式可良好地观察到脂质体的LH2复合体，Rhodobacterazotoformans LH2呈空心圆柱体，直径约为4nm;通过胆固醇与磷脂酰乙醇胺(1∶10，w/w)混合，以及水化液中加入葡萄糖和蔗糖，超声后可制备出PE脂质体。
　　4.采用吸收光谱法研究了光合色素在水溶液中的聚集行为。结果表明，在室温水溶液中，光合色素中BChl形成两种不同聚集态，表现为BChl Qy吸收带大幅度红移且变为两个吸收峰，降低温度有助于保持这两种聚集态，升高温度则导致这两种聚集态共同转变为另一种聚集态。降低水含量或加入表面活性剂能使BChl聚集态解聚为BChl单体。

目录

摘要

第一章 绪论

1 外周捕光天线色素蛋白复合体结构与功能

1．1 外周捕光天线色素蛋白复合体结构

1．2 捕光色素蛋白复合体光谱学特性

1．3 LH2中的能量传递

1．4 类胡萝卜素

2 表面活性剂

3 膜脂

4 本课题研究的目的及意义

参考文献

第二章 Rhodobacter azotoformans LH2的分离纯化及光谱学特征

1 材料与方法

1．1 材料与试剂

1．2 菌体的培养与收集

1．3 LH2的分离与纯化

1．3 SDS-PAGE

1．4 吸收光谱测定

1．5 圆二色光谱测定

1．6 荧光光谱测定

1．7 荧光寿命测定

2 结果与讨论

2．1 SDS-PAGE

2．2 Rhodobacter azotoformans LH2吸收光谱

2．3 Rhodobacter azotoformans LH2圆二色光谱

2．4 Rhodobacter azotoformans LH2荧光光谱

2．5 Rhodobacter azotoformans LH2激发光谱

2．6 B800和B850激发态寿命

3 小结

参考文献

第三章 LDAO对LH2构象及色素解离行为的影响

1 材料与方法

1．1 材料和试剂

1．2 样品制备及处理

1．3 吸收光谱测定

1．4 荧光光谱与圆二色光谱测定

2 结果与讨论

2．1 LDAO对LH2吸收光谱的影响

2．2 LDAO对LH2远紫外圆二色光谱的影响

2．3 LDAO对LH2荧光光谱的影响

2．4 LDAO对LH2共振光散射光谱的影响

2．5 LDAO对LH2细菌叶绿素解离行为的影响

2．6 LDAO对LH2类胡萝卜素解离行为的影响

3 小结

参考文献

第四章 SDS诱导LH2 B800细菌叶绿素特异性解离

1 材料与方法

1．1 材料与试剂

1．2 LH2样品制备

1．3 样品处理

1．4 吸收光谱检测

1．5 圆二色光谱检测

2 结果与分析

2．1 不同SDS浓度对LH2吸收光谱的影响

2．2 不同浓度SDS对LH2圆二色光谱的影响

2．3 低浓度SDS诱导B800解离动力学

2．4 高浓度SDS诱导B800和B850解离动力学

2．5 温度对0．08％SDS特异解离B800的影响

2．5 不同pH对0．08％SDS特异解离B800的影响

3 小结

参考文献

第五章 LH2的脂质体重构研究

1 材料与方法

1．1 材料和试剂

1．2 样品制备及处理

1．3 大豆卵磷脂脂质体的制备与表征

1．4 磷脂酰乙醇胺脂质体的制备与表征

1．5 LH2的脂质体重构

1．6 碘离子和丙烯酰胺荧光猝灭实验

1．7 原子力显微镜观察

2 结果与分析

2．1 脂质体重构后LH2的吸收光谱和荧光光谱

2．2 AFM观察LH2脂质体

2．3 碘离子和丙烯酰胺猝灭法研究LH2与脂质体相互作用

2．4 磷脂酰乙醇胺脂质体的制备

3 小结

参考文献

第六章 光合色素在水溶液中的聚集行为

1 材料与方法

1．1 菌种来源

1．2 培养基和培养条件

1．3 色素提取

1．4 吸收光谱检测

2 结果与分析

2．1 光合色素吸收光谱

2．2 水含量对光合色素吸收光谱的影响

2．3 LDAO对光合色素吸收光谱的影响

2．4 温度对水溶液中光合色素聚集的影响

3 小结

参考文献

总结与展望

缩略语

个人简历

已发表的学术论文

致谢

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