蜂毒与蓝膜的相互作用、蓝膜光循环初期光谱分析和PVA蓝膜干膜应用于氨肼类气体检测

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蓝膜是天然紫膜中的细菌视紫红质去除内源金属离子后转化得到的另一种稳态。除颜色变化外(紫膜的吸收峰值为568nm,蓝膜的吸收峰值为605nm),蓝膜既没有紫膜具有的质子泵功能,也没有发现紫膜光循环中的重要中间产物M412。   用某些金属离子和带正电分子可以使蓝膜恢复成紫膜。有些带电分子虽然能使颜色恢复,但不一定恢复功能。某些复性紫膜形成的光循环中间体的M412产率以及衰减寿命以及质子泵功能也与天然紫膜有明显的差别。弄清楚金属离子及带电分子在膜中的结合位点是十分重要的,结合位点和状态的变化影响到细菌视紫红质的结构和功能以及颜色的调控。在到目前为止的结构分析中,还没有得到天然紫膜中的金属离子在膜中的结合位点,作用机理更不清楚。作者用蜂毒这种在中性条件下带6个正电荷的26个氨基酸残基的小肽段使蓝膜恢复成紫膜,检测了颜色和功能的恢复情况,并用带不同荧光位置和电荷数的蜂毒突变体与蓝膜作用,分析蜂毒与蓝膜的作用方式,研究成果包括(1)确认了蜂毒与膜片的相互作用可以使蓝膜转变成紫膜,并且这种作用具有电荷依赖性;(2)蜂毒重组的细菌视紫红质在一定程度上恢复功能;(3)为蜂毒与蓝膜的结合方式提出了一个模型:蜂毒与蓝膜的结合包括疏水相互作用和静电相互作用两种方式,其中后者是主导。一部分蜂毒N端浅浅插入膜片形成a螺旋,C端留在膜表面上维持无规则卷曲的形态;另一部分蜂毒只以静电相互作用结合在膜片表面。   到目前为止对于天然紫膜中的视紫红质的光循环初期有不同的反应能态模型被提出。对产物I460尤其是J625中的视黄醛构型是全反型还是13-顺式存在争议,对I460、J625的形成和哀减途径也有不同看法。作者应用飞秒时间分辨吸收光谱仪分析蓝膜光循环初期的动态光谱,与紫膜的光循环中间态光谱对比,发现蓝膜的早期光循环产物从I态即开始不同于天然紫膜,并且各中间态寿命比天然紫膜的中间态寿命显著增加,说明蓝膜的视黄醛电子激发态势能面与天然紫膜的大不相同。   NH3、N2H4这类能够水解产生阳离子的分子也能使蓝膜恢复成紫膜,所以作者期待将细菌视紫红质应用在空气中残留NH3、N2H4的监测方面。但必须注意到,这种监测手段的核心器件是蓝膜(bM)溶液,在实际应用中有易受到离子污染、不易携带等缺点,所以我们探索把bM制成千膜以方便携带。虽然在PVA-bR干膜方面前人已经做了许多工作,但这些工作都是把PVA-bR干膜作为光信号存储器件,在把PVA干膜中的bM重组成pM的方面,还没有人做过,作者正是要进行这方面的尝试。为了适应目的,作者对PVA-bM干膜制法进行改进,并测试了PVA-bM对N2H4、Me2NNH2残留的检测效果。结果说明,PVA-bR干膜作为生物探测材料在这个领域有应用前景和改进空间。
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