嗜鹽古細菌H. marismortui之雙細菌視紫質系統的光化學反應－HmbRI與HmbRII

才富國

指導教授 ： 朱立岡

國立清華大學/理學院/化學系/碩士(2014年)

摘要

細菌視紫質( bacteriorhodopsin，HsbR )是鑲嵌於嗜鹽古細菌H. salinarum細胞膜上的膜蛋白，經可見光激發後，得在細胞膜內外兩側產生質子濃度梯度，用以提供合成生物能量ATP所需之化學勢位，因此可將細菌視紫質視為具有光驅動質子幫浦功能的膜蛋白。而經可見光激發後所進行的光迴圈反應之動力學行為，可以中間態K、L、M、N以及O描述之。而近期的研究指出，另一嗜鹽古細菌H. marismortui細胞膜上同時存在兩個有相同吸收光區且具有光驅動質子幫浦功能的細菌視蛋白－HmbRI與HmbRII。在單一生物系統中，為何存在兩個具有相同離子幫浦功能的膜蛋白，引起學者的重視。本論文中，吾人將利用時間解析瞬態吸收差異光譜以及整體指數擬合，探討細菌視紫質HmbRI、HmbRII以及HsbR，在pH值4-8範圍內，經波長532 nm可見光激發後的光化學反應之動力學行為。
由HmbRI的時間解析瞬態吸收差異光譜，可觀察到相同於以往光迴圈反應的中間態，包括M、N以及O中間態，但由M中間態回到HmbRI基態的過程中，出現一個分支反應，才能夠完整地擬合實驗得到的數據。而此對應的中間態M′指認為以全反式( all-trans )視黃醛構形存在的去質子化席夫鹼，出現於M中間態消逝後。此過程表示部分HmbRI得先進行視黃醛再異構化反應後，才進行去質子化之席夫鹼的再質子化。而HmbRI的光迴圈反應中出現分支反應，可能是由於其α螺旋D與E之間以較長的迴圈連接，將有利於HmbRI在進行再異構化時的結構扭曲。而HmbRII的光迴圈反應，只經過M以及N中間態，並未發現O中間態之瞬態佈居分布。其原因可能是HmbRII靠近胞內側的電荷分布相較於HsbR以及HmbRI有較多去質子化的羧基側鏈，導致其光迴圈反應中於N態至O態之動力學行為有所不同。而由HmbRI與HmbRII進行的光迴圈反應之動力學行為與外界環境pH值相依性的結果，亦證明吾人提出的動力學模型適合套用於HmbRI以及HmbRII的光迴圈系統。

關鍵字

光迴圈 ； 中間態 ； 動力學 ； 瞬態吸收 ； 細菌視紫質

參考文獻

(1) Oesterhelt, D.; Stoeckenius, W. Proc. Nat. Acad. Sci. U.S.A. 1973, 70, 2853–2857.

(5) Stoeckenius, W.; Rowen, R. J. Cell Biol. 1967, 34, 365–393.

(6) Stoeckenius, W.; Kunau, W. H. J. Cell Biol. 1968, 38, 337–357.

(7) Blaurock, A. E.; Stoeckenius, W. Nat. New Biol. 1971, 233, 152–155.

(8) Oesterhelt, D.; Stoeckenius, W. Nat. New Biol. 1971, 233, 149–152.