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钝顶螺旋藻光系统I的分离表征及稳定性(下)

发布日期:2016-12-14      浏览量:393  

结果与讨论

2.1增溶条件的优化

TritonX-100增溶后的类囊体膜,在35638r/min蔗糖密度梯度分离后,得到4条带,自上而下依次为a、b、c、d(图l(a))。橙色的区带a位于顶部0.1mo1/L的梯度内,主要是游离的色素(FP)。深褐色的区带b处于0.4mol/L左右,为类胡萝卜素蛋白复合物。深绿色的区带c位于0.6mol/L左右,为PSJI和PSI的混合物。d区带位于2mol/L上方,主要为光系统I。此外,在离心管底部的少量沉淀为未去除的类囊体膜碎片。

将不同增溶比得到的c和d带进行Chla的含量测定(图1(b)),由图l(b)可以看出,随着增溶比的增大,d带Chla的质量浓度先增大再减小,而e带略有上升,但变化不大。Control为c和d条带之间的背景区域,其质量浓度随增溶比变化基本不变,由此可以看出增溶比在22.5:1左右能得到最大量的PSI,

2.2各条带复合物的吸收光谱和荧光光谱

将区带b、c、d进行常温可见吸收光谱比较(图2)。b带具有2个较强特征吸收峰450和570nm,为类胡萝卜素复合物,另外还包含有叶绿素a(Chla)在436和670nm的特征峰。c带和d带常温吸收较为类似,在436、491、628和678nm都有特征峰,它们最大的区别在700nm以外的红区,d带在700—760nm有吸收,而c带则没有。分别将c和d做77K低温发射荧光光谱(图3),c带中含有685和692nm的双峰,这是PSII的典型特征峰,同时还有725nm特征发射峰,这是PSI单体的特征峰。而在d带中主要为730发射峰,这是PSI三聚体的表现LisJ。将d带试样在还原条件下的Tris溶液中,测发射荧光(图4),得到730nm和760nm的发射峰,进一步证明了d带中为PSI三聚体[12]。

2.3多肽组成分析

SDS-PAGE的结果见图5。

区带c和d均含有PSI亚基条带,其相对分子质量分别为6.6×104(PsaA-PsaB),1.8×104(PsaD),1.58×104(PsaF),1,43×104(PsaL),O.88x104(PsaE),0.8×104(PsaC)和一些小的亚基。同时c带中还有PSII亚基条带:4.7×104(CP47),4.3×104(CP43),3.3×104(D2)和3.1×104(Dl)。上述结果与文献[17]的结果一致,进一步证明d带为完整的PSI复合体,c带为PSII和PSI混合物。

2.4PSI的光合放氧活性

测得PSI的光合放氧活性:每毫克Chla的耗氧量为420~imol/h(图6),而MatsumoLo等f17]测得的活性是200ymol/h,活性是其2倍左右,说明分离得到的PSI具有较高的光合活性。

2.5圆二色谱及其热稳定性研究

可见区CD光谱可以用来灵敏检测色素与色素分子之间或色素与蛋白之间的分子间相互作用。在600-760nm区域内钝顶螺旋藻主要检测到2个吸收峰(图7):672nm正吸收峰和689nm的负吸收峰,是捕光复合体I内部叶绿素a间激子相互作Hj形成的叶绿素二聚体的特征峰[18]。

由图7可见:随着温度的升高,起初CD光谱峰变化不大。但当温度达到50—55℃时,672和689nm处特征峰峰值变化较为明显,随温度的升高绝对峰值越来越低,表明捕光复合体内部叶绿素a分子间的激子相互作用越来越弱。当温度到达70℃时,CD特征峰峰值接近于O,预示着捕光复合体I内部能量传递基本中断,捕光复合体l光电转换功能也随之丧失[19]。

温度是使蛋白变性失活的重要因素之一,虽然溶液中的PSI在50℃以下可以保持相对稳定,且光照温度通常不超过这个上限,然而当将光合系统复合体同定在同体电极上,由于脱离了水环境,蛋白复合体会很容易变性失活,因此如何保持并延长光合复合体在固体表面的稳定性,成为了利用光合蛋白进行光电器件设计亟待解决的关键问题。

3结论

光合作用可以高效转化太阳能为电势能和化学能,基于光合膜蛋白的新型牛物太阳能电池具有重要的开发前景。本文采用蔗糖密度梯度超速离心分离的方法成功从钝顶螺旋藻巾分离出了PSI,并对此方法中的关键因素增溶比进行了优化。发现当增溶比为22.5时,PSI得率最高。通过对PSI吸收光谱、低温荧光光谱及圆二色光谱的表征,证实分离出的PSI是单体和三聚体的混合物。通过SDS-PAGF电泳分析及光学活性的检测,证明得到的是高纯度高活性的PSI,为进一步对PSI的稳定性研究及PSI基生物太阳能电池开发奠定了重要的物质基础。

本文节选自《钝顶螺旋藻(spirulinaplatensis)光系统I的分离表征及稳定性》一文,详细信息见原文,文章刊于《生物加工过程》,2010年第1期。

注:更多关于螺旋藻研究类文献可在本站东藻类研究栏目中查询。