（分析化学专业论文）基于自组装技术的细菌光合反应中心蛋白单分子功能膜光电化学研究.pdf

摘要 l 随着全球环保浪潮的日益高涨，人们对于利用太阳能这一绿色能源的呼声越 来越高。人工模拟光合作用，以期设计仿生功能器件并更好地利用太阳能，成为 化学和生物学交叉的前沿热点问题。而对于细菌光合反应中心蛋白质电子转移机 制的研究已成为阐明光合作用机理的突破口。 自组装膜技术可通过分子间的自组作用，使双亲分子在底物表面形成单分子 层结构，并以此作为生物表面的模型膜进行分子识别，因止够a m 可奄效控制蛋 白质在底物表面的取向和构象，并模拟其周围微环境。 本文采用r c p s s p d d a 4 a t p a u 自组装复合膜，并结合光电化学手段研究 细菌光合反应中心蛋白及色素替换变异体的电子传递反应，共分为三个部分： 1 自组装技术应用于蛋白质表面修饰的发展。自组装单层膜的诸多优点如 制作简单性、适应性、有效控制生物分子表面定位等，使得它可应用于人工构建 生物分子识别表面，并为未来生物传感器的设计打下基础。 2 简要介绍前人有关紫细菌光合反应中心蛋白质内的辅助因子及其电子传 递过程的研究进展。 3 实验部分。通过人工构建蛋白质复合膜将紫细菌反应中心蛋白质修饰于 金电极表面，其直接电化学行为显示其电予传递为一个准可逆过程。测得原始株 及其色素变异体中原初电子供体氧化还原电对的电位分别为0 4 1v ，0 3 6 0 3 1 v ，o 3 5 0 3 2 v ，0 3 5 0 31v ，0 3 4 0 2 9vv s n h e ，与传统光度滴定文献值相 近。细菌脱镁叶绿素和初级泛醌的电位可通过施加不同的电化学趋动获得，分别 为0 1 4 0 iv ，o 0 7 | o 1 2vv s n h e 。另采用紫外可见光谱、光电流和光谱电 化学等研究手段从光化学角度比较各反应中心蛋白质的电子传递过程。并对其方 波伏安数据进行非线性模拟分析，获得原初电子传递反应的相关电化学参数。 关键词： 自组装单层膜：表面修饰；分子识别；生物传感器；原初电子供体；细菌光合反 应中心：电子传递；直接电化学；光谱电化学 a b s t r a c t w i t ht h eg l o b a l l yi n c r e a s i n gf o c u so ne n v i r o n m e n tp r o t e c t i o n ，h o wt oe f f i c i e n t l y u t i l i z es o l a re n e r g yb e c o m e sa c r o s s p o i n tb e t w e e nc h e m i s t r ya n db i o c h e m i s t r y , w h i c h t om i m i cp h o t o s y n t h e s i sa r t i f i c i a l l ya n dt od e s i g nb i o m i m i cd e v i c e t h e r e f o r e ，s t u d y o ne l e c t r o nt r a n s f e rf e t ) m e c h a n i s mo fb a c t e r i a lp h o t o s y n t h e t i cr e a c t i o nc e n t e r ( r c ) p r o t e i nw i l lm a k e a b r e a k t h r o u g ho fp h o t o s y n t h e s i s s e l f - a s s e m b l yt e c h n o l o g y w i l lm a k et h e a m p h i p h i l i c m o l e c u l a r f o r ma m o n o l a y e ro n t h es u b s t r a t e t h r o u 【g h m o l e c u l a ri n t e r a c t i o n ，w h i c hi s a p p l i e d t o m o l e c u l a rr e c o g n i t i o n s a mc a nc o n t r o lt h eo r i e n t a t i o na n dc o n f i g u r a t i o no ft h e p r o t e i no nt h es u b s t r a t es u r f a c e ，a n dm i m i c i t ss u r r o u n d i n ge n v i r o n m e n t t h i se s s a y u s e sr c - p s s p d d a 一4 一a t p a um e m b r a n e c o m b i n e dw i t h p h o t o e l e c t r o c h e m i c a l a p p r o a c h e s ，t os t u d y t h ee l e c t r o nt r a n s f e r p r o c e s s o fr h o d o b a c t e rs p h a e r o i d e s p h o t o s y n t h e t i cr e a c t i o nc e n t e rp r o t e i na n di t sp i g m e n t r e p l a c e dm u t a n t s t h ew h o l e e s s a yi n c l u d e s t h r e ep a n s ： 1 t h er e c e n t d e v e l o p m e n t s o fs e l f - a s s e m b l yt e c h n o l o g y a p p l i e d t o p r o t e i n s u r f a c em o d i f i c a t i o na r ed e s c r i b e d t h es i m p l i c i t ya n d a d a p t a b i l i t yo f s e l f - a s s e m b l e d m o n o l a y e r sa n dt h ec o m r o lo v e rt h eb i o m o l e c u l a rs u r f a c eo f i e n t a t i o ns u g g e s tt h a t s a m sw i l l p l a y a n i m p o g a n t r o l ei nc o n s t r u c t i o no fa r t i f i c i a l b i o m o l e c u l a r r e c o g n i t i o n s u r f a c e sa n d p a r t i c u l a ri nt h ef u t u r ed e v e l o p m e n to f b i o s e n s o r 2 t h ep r e v i o u sw o r k so nt h ec o f a c t o r sa n dt h ee l e c t r o nt r a n s f e rr e a c t i o ni nt h e b a c t e r i a lp h o t o s y n t h e t i cr e a c t i o nc e n t e ra r ei n t r o d u c e d 3 t h i sc h a p t e ri st h ee x p e r i m e n tp a r to f t h ee s s a y t h em u l t i l a y e r e dp r o t e i nf i l m ， c o n t a i n i n gp h o t o s y n t h e t i c r e a c t i o nc e n t e r p r o t e i n i s o l a t e df r o mr h o d o b a c t e r s p h a e r i o d e so ri t sp i g m e n t - r e p l a c e dm u t a n t s ，w a ss e l g a s s e m b l e da r t i f i c i a l l yo nt h e m o d i f i e dg o l de l e c t r o d e t h eq u a s i r e v e r s i b l ee l e c t r o nt r a n s f e rf o re a c hr e c o n s t i t u t e d r cw a sp r o b e db yd i r e c te l e c t r o c h e m i s t r y t h em e a s u r e dr e d o x p o t e n t i a l so f p p + i n w i l d t y p e ( w t ) a n dm u t a n tr c s ，a r e0 4 1vo 3 6 - 0 31v ，o 3 5 0 3 2 v 0 3 5 0 31v a n d0 3 4 0 2 9vv s n h e ，r e s p e c t i v e l y , w h i c hh a sa na g r e e m e n tw i t ht h er e f e r e n c e v a l u eb yt h et r a d i t i o n a lp h o t o m e t r i ct i t r a t i o n o nt h eo t h e rh a n d ，t h er e d o xp o t e n t i a l s o f b a c t e r i o p h e o p h y t i n ( b p h e ) a n dp r i m a r yq u i n o n e ( q a ) a r er e s p e c t i v e l yo 1 4 0 1 v ， o 0 7 一o 12v v s n h e r e f l e c t i n g t h ee l e c t r o c h e m i c a l d r i v e ne l e c t r o nr e c o m b i n a t i o n f o rr cp r o t e i n s f u r t h e r m o r e ，t h e p h o t o c h e m i c a la p p r o a c h e s s u c ha su v v i s i b l e s p e c t r u m ，p h o t o i n d u c e dc u r r e n c y , a n ds p e c t r o e l e c t r o c h e m i s t r ya r eu s e dt os t u d yt h e e l e c t r o nt r a n s f e rp r o c e s si nd i f f e r e n tr e a c t i o nc e n t e rp r o t e i n s f i n a l l y , t h es w vd a t a f o rr c si nt h ef i l m sw e r en o n l i n e a r l yf i t t e dt og e tt h ee l e c t r o c h e m i c a lp a r a m e t e r s k e y w o r d s ： s e l f - a s s e m b l e dm o n o l a y e r s ，s u r f a c em o d i f i c a t i o n ，m o l e c u l a r r e c o g n i t i o n ，b i o s e n s o r s ， p r i m a r ye l e c t r o nd o n o r , b a c t e r i a lp h o t o s y n t h e t i cr e a c t i o nc e n t e r , e l e c t r o nt r a n s f e r , d i r e c t e l e c t r o c h e m i s t r y , s p e c t r o e l e c t r o c h e m i s t r y 、 飞 星呈查堂堡主笙壅 箜! 蔓2 1 三亟 第一章自组装单分子膜 一种人i 掏建仿生功能表面的有效手段 堡呈奎堂堡主堡奎 笙! 堕茎堑基 一、概述 许多生物识别( r e c o g n i t i o n ) 和转移( t r a n s d u c t i o n ) 过程均发生在生物膜表 面。为了现场( i ns i t u ) 或活体( i nv i v o ) 研究生物分子( 例如蛋白质，酶，核 酸，碳水化合物等) 在生物膜表面的行为，需要一种特定的体系以研究个体分子 之间的特殊相互作用。 1 9 8 0 年s a g i n 首次报道自组装技术( s e l f - a s s e m b l y , 简称s a ) ，将羟基化 的s i 片浸入十八烷基三氯硅烷( o c t a d e c y l t r i c h l o r o s i l i c a n e ，o t s ) 的溶液中，o t s 分子先吸附在基底( s u b s t r a t e ) 表面，然后发生水解作用，s i c l 键被s i - 0 一s i 网 状结构替代形成单层超薄有序的自组装膜。随后由于分子自组装在化学合成的复 杂性和表征手段上的提高，白组装单层膜和由此扩展的双分子和多分子层的s a 膜的研究日渐成熟。 自组装膜是通过固液或气固界面间的自发化学吸附( 表面化学反应) 进 行的，即被组装分子的反应头基与基底表面物质自发进行化学反应，在基底表面 形成由化学键连接的二维有序的s a 膜，并通过分子间的短层力、色散力和同层 内分子间的范德华力使已经吸附的分子紧密地排列在一起。3 。溶液中被组装分子 在基底上的化学吸附是一个放热过程，分子将尽可能多地与基底表面键合，形成 热力学稳定和能量最低的有序单层s a 膜。如果组装分子的尾基也具有某种反应 活性，则又可继续与别的物质反应，构筑同质或异质双层、多层膜。 s a 膜的主要特征有：在基底表面通过共价键或离子键原位自发形成；在空 气、水及极性溶剂中长程力学稳定性好；无论基底形状如何都可形成均匀一致、 分子排列有序、高密堆积和低缺陷的覆盖层。与传统的修饰方法如共价键合法、 吸附法、欠电位沉积法和聚合物薄膜法等”1 相比，s a 膜有更好的稳定性和化学及 氧化还原活性，可通过人为构造合成基底上的分子结构，以获得具有预期物理和 化学性质的界面，从而在分子水平上控制了界面的微结构。 自组装技术可以使生物分子在各种底物表面产生单分子膜，并且可以自然 复旦大学硕士论文 第3 页共5 6 页 模拟分子识别过程。自组装单层膜可以非常有效地控制堆积密度和被固定的识 别中心在其底物表面的环境。许多体系可用于自组装过程”1 ；长链脂肪酸 ( c 。h 2 。+ l c o o h ) 于a g 、c u 、a 1 和f e 金属氧化物底物表面”；有机硅烷( r s i x 3 ， r 2 s i x 2 或a 3 s i x ) 于羟基化表面( 例如s i 0 2 s i a i r o d a i ) ”1 ；醇和胺( r s h ，r n h 2 ) 于p t 表面；膦脂于金属磷酸盐表面“0 1 ；异氰于p t 表面1 ：硫醇、二硫化物和 硫化物于a u 、a g 、c u 等重金属表面“川。由于最后一种体系在溶液中通过化学 吸附可在金属表面上形成取向有序，紧密排列的具有晶态、液晶态或超晶格结构 的单分子膜，因此吸引了许多学者从事于这方面的研究工作，并取得重要进展“。 含硫化合物对重金属表面具有很强的亲和( a f f i n i t y ) 力，以烷基硫醇为例，其在 金表面的自组装反应机理如式l 所示： r s h + a u j r s a u + 1 2 h 目前白组装膜表面可用多种手段对其进行表征，包括表面基粒共振( s p r ) 1 ”1 ，反射红外( r e f l e c t i n g i r ) “，扫描探针显微技术( s c a n n i n g p r o b e m i c r o s c o p y ) “42 0 1 ，表面增强拉曼光谱( s u r f a c e - e n h a i l c e dr a m a n s p e c t r o s c o p y , p “，电化学法如 循环伏安法( c v ) “2 1 和电流分析( a m f e m m e t r y ) ”3 “1 。 自组装膜在微电子系统、生物仿生。”、材料科学”、光学、催化和电化学 “7 ”1 、蛋白质吸附。”和电子转移”、生物传感器。“1 、超级阵列、化学传感器、腐 蚀”23 与刻蚀。“、主一客体识别”“1 和润滑剂“3 ”等方面具有广泛的应用。由于s a 膜在分子尺寸、组织模型和膜的自然形成三个方面类似于天然的生物双层膜，这 种稳定的人工自组体系对仿生和生物物质的电催化研究十分重要。“3 ”。 二、自组装蛋白质单分子膜的形成 2 1 物理吸附( p h y s i c a la b s o r p t i o n ) 连接生物分子和底物表面的最直接方式是采用物理吸附，即通过憎水 ( h y d r o p h o b i c ) 或静电相互作用( e l e c l r o s t a t i ci n t e r a c t i o n ) 将蛋白质直接固定 复旦大学硕士论文第4 页共5 6 页 ( i m m o b i l i z e ) 于底物表面。这种方式操作简便且无需对蛋白质样品进行处理。 然而采用物理吸附直接将蛋白质固定于底物表面有以下缺点：第一，蛋白质有可 能因此变性( d e n a t u r e ) ，结果与底物表面的直接联系失活( i n a c t i f e ) ；第二，蛋 白质与底物表面的连接很不稳定，可能出现脱附过程。”；第三，这种将蛋白质固 定于底物表面的过程是随机性( r a n d o m ) 和多方向性( m u l t i o r i e n t e d ) 定位，可 能导致结果的非重现性( i r r e p m d u c i b i l i t y ) ”：第四，可能会出现多层( m u l t i 1 a y e r s ) 沉积膜。另外，蛋白质活性位点( a c t i v es i t e ) 的随机定向可能阻止相互间的连接。 2 2 化学修饰( c h e m i c a lm o d i f i c a t i o n ) 与物理吸附法相比，化学修饰法更广泛得为人们所采用。化学修饰法包含 许多不同的化学控制过程，从而使蛋白质在非失活的情况下和底物表面之间形成 共价键( c o v a l e n tb o n d ) 。采用化学修饰形成自组装膜有很多有利因素，包括重 现性好；蛋白质单分子层在底物表面稳定性强；有可能控制被固定物种的密度 ( d e n s i t y ) 和蛋白质周围微环境：蛋白质在底物表面具有很高的覆盖率( h i g h e r c o v e r a g e ) 等。 蛋白质在金属表面的自组装可通过分子目标( t a g ) 的共价作用来实现，其 中分子目标必须包含一个与底物有很强亲和力的官能团。含硫化合物作为分子目 标与重金属有很强的亲和力，可以使蛋白质的修饰令人满意，其中含硫化合物的 另一个活性官能团用来与生物分子形成共价键( 如s c h e m e1 1 所示) 。 l a g 舢p t i - c o a t e ds u b s ” a w x 一厂 y ，舶蝴咖j 卜婚) ? h s h ) ：鼎? 嚣：盘：i 品舞：竺器篙器。”“。 b n u m y1。i。，x e曲n 复旦大学硕士论文第5 页共5 6 页 通常可采用两种方式进行蛋白质的化学固定： 1 蛋白质修饰( p r o t e i nm o d i f i c a t i o n ) ：在这种方法中，首先将蛋白质浸于 含硫化合物的溶液中，使含硫化合物中的特定反应基团与蛋白质分子表面连 接。修饰后的蛋白质再通过巯基于金表面进行自组装。 2 底物修饰( s u b s t r a t em o d i f i c a t i o n ) ：该方法首先将含硫化合物分子于底 物( 金表面) 自组装，新形成的s a 膜可与蛋白质分子的特定部分发生反应， 从而完成自组装过程。 在大多数情况下，水溶性蛋白质( w a t e r s o l u b l ep r o t e i n ) 分子的化学修饰在 水溶性缓冲溶液中进行以防止蛋白质的失活，只有少数情况可使用有机溶剂修饰 蛋白质或酶。而对于膜结合蛋白( m e m b r a n e 。b o u n dp r o t e i n ) ，通常的化学修饰方 法不能使该蛋白或酶处于活性状态，因为此类亲脂性生物分子为保持起在现场测 定时的生物活性，对其表面环境的要求更加苛刻。为实现其在金属表面的官能团 重建，透膜性( t r a n s m e m b r a n e b o u n d ) 蛋白需要一个具有亲油性( 1 i p o p h i l i c ) 的 流体环境( 磷脂双层膜) 和一个在膜两侧的水相( a q u e o u sp h a s e ) 环境，该环境 足够大以容纳蛋白的膜外部分( e x t r a m e m b r a n o u sp a r t ) 。使用一种新型的脂类分 子( 硫脂) ”0 1 可成功实现膜结合蛋白于金表面的官能团活性重现。典型的硫脂包 含甘油磷脂( g l y c e r o p h o s p h o l i p i d ) 部分，该部分通过其极性头( p o l a rh e a d ) 与 不同长度的亲水( h y d r o p h i l i c ) 基团相连接，同时亲水空间可允许水出现在膜两 侧。( 见s c h e m e1 2 ) a q u e o m e i d m o r , n e b i i a v r a u o u od h j s e g 叫d o k d s u b s t r a t e 复旦大学硕士论文 第6 页共5 6 页 类似的以金为底物构建的双层膜，对于离子通道开关( i o n c h a n n e l s w i t c h ) 生物传感器“的发展具有极大的推动作用。该离子通道开关的响应部分为一个抗 体短杆菌肽( g r a m i c i d i n ) 离子通道双层膜修饰的金电极，而膜的固定及双层膜 和金电极之间离子蓄电池( i o n i cr e s e r v o i r ) 的形成是通过使用脂类分子来成功实 现，该脂类分子在结构上含有二硫化物基团和亲水性空间。 2 3 基因工程修饰( g e n e t i c e n g i n e e r i n gm o d i f i c a t i o n ) 第三种于金表面固定蛋白质或酶的方法是近年来发展起来的基因工程技 术。采用基因修饰可于蛋白质表面产生特定的连接点，且形成的蛋白质自组装单 层膜更加规则，基因工程技术可以克服化学修饰所不能解决的蛋白质在金表面的 多定位或随机定位问题。定点变异技术( s i t e d i r e c t e dm u t a g e n e s i s ) 已成功实现 细胞色素( c y t o c h r o m e ) b 5 在光底物表面自组装形成紧密堆积的单层膜“。采用 定点变异技术也可以使酶的固定处于完全活性状态n 3 1 。 三、结论 生物分子表面修饰方法对于现场研究分子识别过程具有非常重要的意义。通 过双官能团连接( b i f u n c t i o n a ll i n k e r ) ，或采用定点变异技术可于生物分子表面修 饰成为规则有序的单分子结构。自组装技术对于有效控制表面分子定位和堆积密 度的简便性和适应性可人工构建多种具有生物分子识别功能的结构。设计和构建 这样的生物单分子膜表面可直接模拟分子识别中心的自然过程，为未来生物传感 器的发展打下基础。 复旦大学硕士论文第7 页共5 6 页 r e f e f e n c e s i ijs a g i v , j a mc h e m s o c ，1 9 8 0 ，9 8 ，1 0 2 【2 1m dp o r t e r , bb r i f l a t ，dl a l l a r a ja mc h e m s o c ，19 9 5 ，10 9 ，3 5 5 9 3 】董绍俊，车广礼，谢远武，化学修饰电极，科学出版社，1 9 9 5 4 d j r e v e l l ，j r k n i g h t ，d j b l y t h ，ah h a i n e s ，d ar u s s e l l ，l a n g m u i r , 1 9 9 8 ，1 4 ，4 5 1 7 【5 a u l m a n ，c h e m r e v ，1 9 9 6 ，9 6 ，1 5 3 3 6 】v tt a o ，j a mc h e m s o c ，1 9 9 3 ，1 1 5 ，3 5 0 【7 】tk i m ，r m c r o o k s ，m t s e n ，j a m c h e m s o c ，1 9 9 5 ，11 7 ，9 6 3 1 8 】nt i l l m a n ，au l m a n ，j s s c h i l d k r a u t ，tl p e n n e r , ja m c h e ms o c ，1 9 8 8 ，1 1 0 6 1 3 6 【9 】eb t r o u g h t o n ，l a n g m u i r , 1 9 8 8 ，4 ，3 6 5 1 0 】h ，e ，k a t z ，w tl w i l s o n ，g s c b s l l e r , j a m c h e m ，s o c ，】9 9 4 ，】1 6 ，6 6 3 6 11 】jj h i c k m a n ，c z o u ，d o f e r , ja m c h e m s o c ，1 9 8 9 1 11 7 2 7 1 1 2 】n l a b b o r ，d r r o l i s o n ，g m w h i t e s i d e s ，l a n g m u i r , 1 9 9 4 ，1 0 6 7 2 【1 3 】n l a b b o t t ，c b g o r m a n ，gm w h i t e s i d e s ，l a n g m u i r , 1 9 9 5 1 1 1 6 【1 4 】n l a b b o t t ，j p f o l k e r s ，g m w h i t e s i d e s ，s c i e n c e ，1 9 9 2 ，2 5 7 ，3 8 0 1 5 ix b s h i ，w1 3c a d w e l l ，k m c h e n ，j a m c h e m s o c ，1 9 9 4 1 1 6 11 5 9 8 【i6 】g 、b 、s i g a l ，c b a m d a d ，a b a r v e r i s ，j s t r o m i n g e r , gm w h i t e s i d e s ，a n a l c h e m ，19 9 6 ，6 8 4 9 0 ， 【1 7 】j l a h i r i ，ll s a a c s ，j t i e n ，g m w h i t e s i d e s ，a n a l c h e m ，1 9 9 9 7 1 ，7 7 7 1 8 】叶淑玉，郭度，陆天红，董绍俊，分析化学，1 9 9 1 ，1 9 ，6 1 2 1 9 s k o s s e k ，cp a d e s t e ，l x t i e f e n a u e r , h s i e g e n t h a l e lb i o s e n s b i o e l e c t r o n ，1 9 9 8 ，1 3 ，3 1 【2 0 g j l e g g e t t ，c j r o b e g s ，p _ mw i l l i a m s ，m c d a v i e s ，d e j a c k s o n s j b t e n d l e r , l a n g m u i r , l9 9 3 ，9 ，2 3 5 6 2 1 cw m e u s e ，g n i a u r a , m l l e w i s ，a l ，p l a n t ，l a n g m u i r , 1 9 9 8 ，1 4 ，1 6 0 4 f 2 2 fa a r m s t r o n g , h ，a h e e r i n g , j h i t s , c h e m s o c r e v ，】9 9 7 , 2 6 ，】6 9 【2 3 】ab a r d e a ，e k a t z , a f b u c k m a n n ，i w i l l n e r , j a m c h e m ，s o c ，1 9 9 7 ，l1 9 ，9 11 4 2 4 】ek a t z ，vh e l e g s h a b t a i ，b w i l l n e r , i w i l l n e r , a fb u c k m a n n b i o e l e c t r o c h e m b i o e n e r g 1 9 9 7 ，4 2 ，9 5 2 5 】p a d i m i l l a ，j p _ f o l k e r s ，h a b i e b u y c k ，ja m c h e m s o c ，1 9 9 4 ，l1 6 ，2 2 5 ( 2 6 】a k u m a r , h a b i e b u y c k ，g m w h t e s i d e s ，l a n g m u i r , 1 9 9 4 ，1 0 ，1 4 9 8 2 7 】k kb e r g g r e n ，a b a r d ，j l w i l b u r , s c i e n c e ，1 9 9 5 ，2 6 9 ，2 5 5 【2 8 】a j b a r d ，j p h y s c h e m ，1 9 9 3 ，9 7 ，1 4 7 【2 9 】h o f i n k l e a , s a v e r y ，m l y n c h ，tf u r t s c h ，l a n g m u i r , 1 9 8 7 ，3 ，4 0 9 ， 【3 0 j j h i c k m a n ，d o f e r , p _ e l a i b i n i s ，s c i e n c e ，1 9 9 1 ，2 5 2 ，6 8 8 【3 1 】k lp r i m e ，g m w h i t e s i d e s ，s c i e n c e ，1 9 9 1 ，2 5 2 1 1 6 4 3 2 】p e l a i b i n i s ，g m w h i t e s i d e s ，j a m c h e m s o c ，1 9 9 2 1 1 4 9 0 2 2 3 3 ja k u m a r , ha b i e b u y c k , n l a b b o t t ，g m w h i t e s i d e s ，j a m c h e m s u e ，1 9 9 2 ，1 1 4 9 1 8 8 f 3 4 】kd s c h i e r b a u m ，tw e i s s ，ut h o d e nv a nv e l z e ne ，s c i e n c e , 1 9 9 4 , 2 6 5 4 1 3 复旦大学硕士论文第8 页共5 6 页 3 5 j d s w a l e n ，d la l l a r a ，jd a n d r a d e ，l a n g m u i r , 1 9 8 7 ，3 ，9 3 2 3 6 1r u b i n s t e i n ，ss t e i n b e r g ，yt o r , a s h a n z e hj s a g i v , n a t u r e ，19 8 8 ，3 3 2 ，4 2 6 3 7 l h a u s s l i n g ，b m i c h e l ，h r i n d s d o r f ，a n g e w c h e m i n t d e n 9 1 ，1 9 9 i ，3 0 ，5 6 9 3 8 】s l o f a s ，b j o h n s o n ，ae d s t r o m ，a h a n s s o n ，g l i n d q u i s t ，r m m u l l e rh i l l g r e n ，ls t i g h ， b i o s e n s b i o e l e c t r o n ，1 9 9 5 ，1 0 ，8 1 3 【3 9 】s l o f a s ，b j o h n s o n ，jc h e m s o c c h e m c o m m u n ，1 9 9 0 ，2 1 ，1 5 2 6 4 0 lsh e y s e ，o pe r n s t ，z d i e n e s ，k p h o f m a n n ，h v o g e l ，b i o c h e m i s t r y , 19 9 8 ，3 7 ，5 0 7 4 1 】b a c o m e l l ，vl bb r a a c h - m a k s v y t i s ，l g k i n g ，ed j o s m a n ，b r a g u s e ，l w i e c z o r e k ，r jp a c e ，n a t u r e ，19 9 7 ，3 8 7 ，5 8 0 【4 2 ps s t a y t o n ，j m 0 l i n g e r ，m j i a n g ，pw b o h n ，s g s l i g a r ，j a mc h e m s o c ，1 9 9 211 4 ， 9 2 9 8 4 3 js j v i g m o n d ，m 1 w a k u r a ，em i z u t a n i ，tk a t s u m ，l a n g m u i r , 1 9 9 4 ，1 0 ，2 8 6 0 复旦大学硕士论文第9 页共5 6 页 第二章紫细菌光合反应中心 复旦大学硕士论文 第1 0 页共5 6 页 一、概述 细菌光合作用( b a c t e r i a lp h o t o s y n t h e s i s ) 是一种能够将光能成功转换为化 学能的生物过程，在这一过程中电子传递( e l e c t r o nt r a n s f e r ，e t ) 反应扮演着 极其重要的角色。在细菌光合作用反应器( p h o t o s y n t h e t i co r g a n i s m ) 中从事电 子传递反应的蛋白质复合体( p r o t e i nc o m p l e x e s ) 称为细菌反应中心( r e a c t i o n c e n t e r , r c ) 。1 9 8 2 年m i c h e l “1 通过加入含有去垢剂( d e t e r g e n t ) 和亲脂离子的双 亲( a m p h i p h a t h i c ) 子成功获得光合细菌r h o d o p s e u d o m o n a s 仲jv i r i d i s 的单晶， d e i s e n h o f e r ”“1 等人成功解析其反应中心膜蛋白复合体x 一晶体衍射的三维结构； 而另- , c o 光合细菌物种r h o d o b a c t e r ( r bjs p h a e r o i d e s 的三维结构被a l l e n “。9 3 和 c h a n g ”3 等人成功解析。 光合细菌r bs p h a e r o i d e s 反应中心原初光化学( i n i t i a lp h o t o c h e m i s t r y ) 反应 中，电子由细菌叶绿素( b a c t e r i o c h l o r i p h y l l ，b c h l ) 二聚体( d i m e r ) 首先传递至 相关的细菌脱镁叶绿素( b a c t e r i o p h e o p h y t i n ，b p h e ) 分子，再传递至初级泛醌 ( p r i m a r yq u i n o n e ，q a ) 和次级泛醌( s e c o n d a r yq u i n o n e ，q b ) “”。其中细菌叶 绿素二聚体称为原初电子供体( p r i m a r ye l e c t r o nd o n o r ) ，通常以p 8 7 0 表示，r 6 s p h a e r o i d e s 蛋白复合体的长波吸收带( 1 0 n g w a v e l e n g t ha b s o r p t i o nb a n d ) 大约位 于8 7 0n l t l 。 在紫细菌物种中，p 8 7 0 受激发后电荷分离形成p 8 7 0 + ，可最终被一种c 型 细胞色素所还原。电子由q b 通过载体( c a r r i e r ) 传递至该细胞色素( 见f i g u r e2 1 ) ， 这种附着于载体的电子流动( f l o w ) 导致质子( p r o t o n ) 在细胞膜内的异位 ( t r a n s l o c a t i o n ) 。 复旦大学硕士论文 第l l 页共5 6 页 f i g u r e2 1s c h e m a t i cr e p r e s e n t a t i o no ft h ep h o t o i n d u c e dc y c l i ce l e c t r o n - t r a n s f e rc h a i ni n r h o d o b a c 地rs p h a e r o i d e s a f t e ra b s o r p t i o no fap r o t o nb yt h el i g h t - h a r v e s t i n gc o m p l e x e s ( l h1 a n dl h2 1 t h ee x c i t a t i o nr e a c h e st h er e a c t i o nc e n t e r , w h e r ec h a r g es e p a r a t i o no c c u r sa ne l e c t r o n i st r a n s f e r r e df r o mt h ee x c i t e dp r i m a r yd o n o ro ft h er c ab a c t e r i o c h l o r o p h y l ld i m e r , t ot h e s e c o n d a r ya c c e p t o rq bv i aam o l e c u l eo fb a c t er j o p h e o p h y l l na n dt h ep r i m a r yq u i n o n e ，q a a f t e ra s e c o n dt u r n o v e gt h ed o u b l yr e d u c e dq bp i c k su pt w op r o t o n sf r o mt h ec y t o p l a s m i cs p a c et h e q u i n o l ( q h 2 ) f o r m e di so x i d i z e db yc y tc 2 ，ar e a c