光驅動質子幫浦蛋白質的光化學及光電特性

Photochemistry and Photoelectric Properties of Light-driven Proton Pump Proteins

李宗晏(Tsung-Yen Lee) ； 朱立岡(Li-Kang Chu)

《化學》 73卷4期 (2015/12) Pp. 253-263

https://doi.org/10.6623/chem.2015027

摘要

由於近年來光遺傳學的發展，光驅動離子幫浦蛋白質的研究變得更熱門且多元。其中細菌視紫質（bacteriorhodopsin）最為人所熟知且數十年來相關的研究成果提供研究其他類似蛋白質的基礎。在此吾人將簡介細菌視紫質的光迴圈以及光誘發質子幫浦，並介紹相關的研究方法，包含時間解析光譜法以及電化學法，以及相關研究：（1）細菌視紫質於不同化學環境中的結構變化以及光化學特性，可獲得相關光譜、動力學以及熱力學資訊；（2）光電流偵測及其動力學常模建立，可應用於定量其他光誘發離子幫浦及其機制；（3）其他光驅動質子幫浦蛋白質，例如HmbRI及HmbRII，的光迴圈，用以了解其在生物界的角色及功能。期望藉由此文章的介紹，增加讀者對這類分子的認識及研究興趣，並拓展應用於光電生物材料的可能性。

關鍵字

細菌視紫質 ； 紫膜 ； 光迴圈 ； 光驅動質子幫浦 ； 時間解析光譜 ； 光電流

並列摘要

Due to the rapid development of the emerging field of the optogenetics, a variety of researches have been devoted to light-driven ion pump proteins. Among them, bacteriorhodopsin (bR) is the most well-known prototypical molecule. Generally, the time-resolved spectroscopic and electrochemical methods are employed to investigate the photocycle kinetics and to quantify the proton pump activity. We are interested in the following issues: (1) the roles of chemical environments in perturbing the native photochemical and structural properties of bR; (2) the construction of an electrochemical module and a kinetics model to quantify the proton pump activity of bR upon pulsed and modulated cwexcitations; (3) the photochemistry of other light-driven proton pump proteins. It is expected that the readers would have a deeper understanding of these proton pump proteins and could develop further applications with miscellaneous materials in broad aspects.

並列關鍵字

Bacteriorhodopsin ； Purple membrane ； Photocycle ； Light-driven proton pump ； Timeresolved spectroscopy ； Photocurrent