在不同pH值下細菌視紫質光迴圈反應M態生成量子產率的激發波長相依性

Wavelength-dependent photocycle efficiency of bacteriorhodopsin at different pH

陳俊兆(Chun-Chao Chen)

指導教授 ： 朱立岡

國立清華大學/理學院/化學系/碩士(2013年)

https://doi.org/10.6843/NTHU.2013.00392

摘要

細菌視紫質是一種光合成蛋白，鑲嵌於嗜鹽古細菌H. salinarium的細胞膜，受到可見光的激發後在細胞膜內外兩側產生質子濃度梯度，作為合成ATP的化學勢位。細菌視紫質的光迴圈反應過程會產生一系列可利用可見光吸收的特徵峰區別出的中間態，如K、L、M、N和O，其中M態的生成被認為是質子化席夫鹼去質子化並將質子傳遞給反離子Asp-85的過程。在過去已有不少文獻研究細菌視紫質光迴圈反應的量子產率，但鮮少研究其與激發波長的相依性。本篇論文中將利用可調變波長雷射光以及瞬態可見光吸收光譜技術搭配即時的能量偵測，探討在不同pH值下，細菌視紫質光迴圈反應M態量子產率與激發波長的相依性。
激發波長在500 nm至600 nm間，M態量子產率不隨著激發波長的改變產生明顯變化，相對地，在600 nm以上，量子產率隨著激發波長的增加而減少，這可能是在視黃醛激發態的位能曲面上存在著一個約1 kcal mol-1的位能障礙在弗蘭克-康登範圍與朗道-齊納跨越範圍之間所導致，隨著激發能量下降，跨越位能障礙的速率降低使視黃醛異構化的量子產率下降，進而使後續的M態量子產率減少。而在激發波長小於500 nm的範圍，M態量子產率則隨著激發波長的縮小而減少，這可能是由於視黃醛吸收較高能量光子後產生振動熱激發態而與不參與異構化的振動模式偶合，因而使視黃醛異構化的量子產率下降，進而使後續M態量子產率減少。另外，隨著pH值的降低，細菌視紫質的可見光吸收光譜產生紅位移，這被認為是藍膜的生成。吾人發現相對於紫膜，藍膜具有較低的M態生成效率，這可能是由於Asp-85質子化使視黃醛的激發態位能曲面發生改變，進而使異構化後續的M態量子產率減少。

關鍵字

細菌視紫質 ； 激發波長相依性 ； pH相依性

參考文獻

(1)Lanyi, J. K. Bacteriorhodopsin, chemistry of. In Wiley Encyclopedia of Chemical Biology; Begley, T. P., Ed.; John Wiley & Sons, Inc., 2009; Vol. 1, 178.

(4)Stoeckenius, W. Protein Sci. 1999, 8, 447.

(5)Oesterhelt, D.; Stoeckenius, W. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 1973, 70, 2853.

(11)Gerwert, K.; Hess, B.; Soppa, J.; Oesterhelt, D. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 1989, 86, 4943.

(12)Váró, G. Acta Biol. Acad. Sci. Hung. 1981, 32, 301.