藻胆蛋白工具酶修饰藻胆蛋白及相关捕光传能元件的研究
藻胆体(phycobilisome,PBS)是蓝藻(即蓝细菌)中的大型捕光复合物,可以吸收光能并传递至光系统，组成PBS的核和杆是由结合有藻胆色素的藻胆蛋白(phycobiliproteins,PBPs)和连接蛋白构成的，之后自发组装成为高度且有序的完整PBS复合物。PBS复合物在光照和营养缺乏期间会动态降解，发生严重的“褪绿”现象，且会在营养条件补足后进行重塑。 在以往的研究中表明，非漂白(non-bleaching,Nb)蛋白与藻胆体降解有关，其中包括NblA和NblB。本研究中对来自Nostocsp.PCC7120的藻胆蛋白和藻胆蛋白工具酶进行体外实验，工具酶包括三种裂合酶、NblA与NblB,实验结果如下:1)NblA和NblB促进整个PBS及PBS核,特别是别藻蓝蛋白(allophycocyanin,APC)的降解。2)三种裂合酶CpcE/F、CpcS和CpcT作为生物合成酶，拥有比标准酶更广泛的作用。裂合酶的催化作用是可逆的:它们不仅将藻蓝胆素(phycocyanobilin,PCB)结合到PBPs,还可以将PCB去除并转移到其他不含PCB的脱辅基蛋白(apo-biliproteins)上。3)NblA与NblB会以复杂的方式调节裂合酶催化发色团的结合和分离。在此过程中NblA会抑制CpcE/F的色素化和去色素化过程，而NblA和NblB会增强CpcT的催化作用。4)PCB会在PBPs之间自主或者依赖于裂合酶催化后进行转移，NblA/B会调节此过程。5)NblA/B与PBPs及裂合酶之间有相互作用。虽然NblA与NblB无相互作用，但NblA和NblB都与裂合酶及PBPs(包括脱辅基蛋白)有相互作用，唯一与NblA或NblB无相互作用的藻胆蛋白是ApcEΔ(核-膜连接蛋白ApcE的可溶性结构域,LcM)。总之,本研究中证实PBS的降解与重塑是在周围环境发生变化后由NblA与NblB触发,确定了 NblA与NblB在降解藻胆体过程中的具体作用位点为APC。同时，本研究中第一次发现三种裂合酶都可以催化藻胆蛋白甚至藻胆体发色团(PCB)的分离，且PCB会在PBS亚基间进行动态转移，而且研究发现色素转移过程受到NblA与NblB的调节。除此之外，首次研究发现藻胆蛋白(除ApcEΔ)、裂合酶都与NblA/B间存在相互作用。 为构建具有捕光传能功能的人造光合作用元件，本实验室已经成功合成了多种藻胆蛋白，建立了分子设计与人工组装藻胆蛋白的技术与方法。在此基础上,本研究中将以藻胆蛋白ApcF2为模板进行分子进化后得到的北斗荧光蛋白BDFPs进行分子设计与优化，以期望构建能与光系统中心发生能量传递的捕光传能元件。首先将BDFPs与藻红胆素结合进行色素化，通过对光谱图的分析，计算色素化率、摩尔消光系数及荧光量子产率，筛选出了色素化最佳的BDFP2.2及BDFP2.3作为后续研究对象进行改造,包括对BDFP2.2/2.3的蛋白结构域加配链霉亲和素(streptavidin,SA)和GCN4亮氨酸拉链结构域接头，提升了其光谱性质;构建BDFP2.2/2.3与“封装蛋白” Encap共表达的体系，形成约1 MD左右的融合蛋白，当额外添加PCB后，有部分荧光共振能量转移(F?rster resonance energy transfer,FRET)现象的发生。
蓝藻藻胆体;藻胆蛋白;裂合酶;非漂白蛋白;捕光传能功能
华中农业大学
博士
微生物学
赵开弘
2023
中文
Q949.221.06
2023-09-22（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）