界面敏感线性及非线性红外光谱研究蛋白质跨膜转运的构象和手性

蛋白质跨膜转运及膜内折叠动力学过程是目前生命科学研究中的重要基本问题，蛋白质跨膜过程本身涉及从液相到膜相的界面问题，对该问题的研究需要发展界面敏感性及蛋白质二级结构敏感性的物理化学探测方法。膜蛋白在跨膜折叠过程中能形成多个跨膜螺旋结构，alpha-螺旋主轴取向会交替变化，这一现象会在界面光谱有所反映。本研究拟联合采用具有界面选择性及蛋白二级结构敏感性的全内反射红外光谱（ATR-FTIR）和界面二阶非线性和频光谱（SFG）研究蛋白质跨膜行为，揭示蛋白在跨膜过程中的动态结构变化，尤其是SFG的偏振分析、构型分析和界面手性分析方法可以灵敏地揭示蛋白质二级结构在膜内的取向及相互作用。通过该项目的研究，有可能将上述方法发展为研究蛋白质跨膜动态过程的手段。

本项目的研究工作主要是围绕表面吸附捕光天线膜蛋白的物理化学特性进行研究，主要在以下两个方面取得研究进展：.1）测定了BCHl a吸附到Au纳米颗粒表面前后吸收光谱、荧光光谱、绝对量子产率和荧光寿命的变化。结果表明，BCHl a吸附到Au纳米颗粒表面后，吸收峰位整体红移约3nm；BCHl a单体发射的荧光峰位置从784nm红移到791nm，BCHl a二聚体发射的荧光峰位置从684nm红移到689 nm,荧光强度均变小；纳米金表面等离子共振效应使得吸附于其表面的BCHl a分子的辐射速率与非吸附态的相比变小，非辐射速率增大，导致荧光量子效率降低。可能的原因是, BCHl a吸附到Au导电表面后使得与自发辐射跃迁速率相关的光子能态密度变小，从而使自发辐射速率降低。.2）在该项研究工作中，我们以细菌光合天线膜蛋白LH2中的类胡萝卜素分子为内禀拉曼信号探针，利用表面增强效应确定LH2在SiO2纳米粒子上的吸附。同时利用类胡萝卜素分子在LH2膜蛋白中空间不对称分布的特性，通过比较表面增强拉曼信号增益的大小，确定不同菌种中提取的LH2在SiO2表面吸附的空间取向。当两个菌种提取的LH2蛋白分子的不同端面吸附在SiO2纳米粒子表面，实验观测到的表面增强拉曼信号是不同的。该方法有可能进一步发展成为研究蛋白质在无机纳米粒子表面吸附的通用方法。