紫色光合细菌捕光天线聚集态和环境因素对激发态动力学的影响

紫色光合细菌的捕光天线蛋白（LH1、LH2）起着高效捕获低能量密度太阳光的作用；最近的原子力显微以及冷冻电镜研究表明，这些天线蛋白在光合膜中聚集成大小不等的纳米畴区。本申请项目拟通过飞秒时间分辨吸收/荧光光谱以及相应的各向异性动力学手段，对比研究溶液中分离的天线蛋白（in vitro）中和载色体膜（Chromatophore）中聚集态的天线蛋白（in vivo），考察它们的激发态能量传递动力学过程，揭示天线蛋白的聚集状态对捕光、传能的影响规律；并将进一步考察温度、金属离子等环境因素对天线蛋白激发态动力学的影响。研究结果有助于深入认识天然光合作用体系高效利用光能的机制，并可为设计和优化人工模拟体系提供新思路。

Thermochromatium (Tch.) tepidum是上世纪80年代发现于美国黄石国家公园的嗜热紫色光合细菌，生长于48-50 ºC温泉中。Tch. tepidum具备令人瞩目的高耐热性并且能够利用长波近红外光进行光合作用，揭示其关键光合膜蛋白—外周捕光天线(LH2)以及内周捕光天线(LH1)与反应中心(RC)组成的核心复合物(LH1-RC)—的结构-功能关系具有重要科学意义。本项目旨在通过飞秒超快光谱并结合理论计算手段研究上述关键光合膜蛋白和载色体(Chromatophore)的激发态能量传递过程，考察蛋白和色素聚集状态以及生理环境等因素对激发态能量传递过程的影响。为了与嗜热菌Tch. tepidum对照，我们采用常温(28-30 ºC)生长的紫色光合细菌Rhodobacter (Rba.) sphaeroides 2.4.1的相关膜蛋白作了对比研究。此外，我们还研究了起着辅助捕光和光保护功能的类胡萝卜素的激发态性质和自由基反应动力学。