藻蓝胆素在重组别藻蓝蛋白自组装过程中的功能研究

Photosynthesis is one of the most important chemical reaction on earth, which has an extremely efficient process of energy transfer and energy conversion. Phycobilisomes (PBS), as the dominant light-harvesting antennae complexes in red and blue algae, are one of the two types of light-harvesting protein complexes of photosynthetic oxygen-ejecting organisms. PBS is formed by self-assembly of phycobiliprotein subunits and then assembled into higher order supramolecular protein complexes in a highly ordered manner.. The recombinant APC subunits and the correct self-assembled APC trimer (αβ)3, will be studied as model proteins. Biophysical methods, such as circular dichroism, ultrafast laser spectroscopy and single molecule force spectroscopy, will employed to study the conformational dynamics and non-covalent binding kinetics of PCB and amino acids during the process of recombinant APC self-assembly. Understanding the important function of PCB in the self-assembly process of APC will not only shed light on the precise self-assembly mechanism of PBS, but also provide important information on artificial molecular nanodevices and efficient light-harvesting energy storage devices based on phycobiliprotein.

光合作用是地球上最重要的化学反应之一，是极高效的能量传递和能量转化过程。藻胆体是红、蓝藻类特有的捕光天线，是地球上两大主要的太阳能捕获体系之一。藻胆体是由藻胆蛋白亚基通过自组装形成单体，然后高度有序组装成更高级的超分子蛋白复合物。. 本项目利用课题组生物组合合成的别藻蓝蛋白(APC) α、β亚基，以及正确自组装的APC三聚体(αβ)3，采用圆二色谱、超快激光光谱以及单分子力谱技术，对基因重组APC自组装过程中藻蓝胆素(PCB)和氨基酸的构象变化和非共价结合动力学特性进行深入研究，以深入理解PCB在别藻蓝蛋白自组装过程中的功能。本研究不仅对深入理解藻胆体精准自组装的机制具有十分重要的意义，而且可以为开发人工藻胆蛋白分子纳米器件和高效捕光储能器件鉴定理论基础。

光合作用是地球上最重要的化学反应之一，是极高效的能量传递和能量转化过程。藻胆体是红、蓝藻特有的捕光天线，是地球上两大主要的太阳能捕获体系之一。共价结合有藻蓝胆素（PCB）的别藻蓝蛋白（APC）是构成藻胆体核心的藻胆蛋白。PCB是APC吸收和传递光能的分子基础。研究APC组装过程中结构和能量传递功能的变化，对开发人工藻胆蛋白分子纳米器件和高效捕光储能器件具有重要意义。在项目执行期间，我们按照计划任务，采用二维电子光谱、圆二色谱、超快激光光谱、小角X射线散射和电镜等技术，对基因重组APC（rAPC）自组装过程中的结构与能量传递变化进行了深入研究。.研究结果表明缺少PCB的rAPCα和β亚基为伸展构象，无法正确折叠。rAPC单体自组装成三聚体时，虽然蛋白质的二级结构并没有明显改变，但是PCB的微环境发生了变化，从而使得rAPC三聚体中能够同时存在振动相干与电子振动耦合相干两种不同的量子相干现象。退相干寿命与传能时间尺度的一致性表明电子振动耦合相干可能参与了rAPC三聚体的传能过程。本研究所观察到的实验现象对于深入理解PCB在APC自组装过程中的功能，阐明APC传能的本质，揭示藻胆体的高效能量传递机制提供了数据基础。