《微環境對菌紫質單體質子泵功能的影響與調控機制研究》是依託北京航空航天大學，由相艷擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：微環境對菌紫質單體質子泵功能的影響與調控機制研究
- 依託單位：北京航空航天大學
- 項目負責人：相艷
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
隨著近年來超快光譜和微納光電流檢測技術的發展，使得在更快與更微觀層次上認識生物蛋白菌紫質的光電回響機理與詳細的質子傳導路徑成為可能。因此，解析不同環境下菌紫質質子傳導路徑與光循環過程，實現通過微環境對其結構與性能的最佳化對實用光學器件與能源器件的研發十分必要。目前基於菌紫質的器件研究是利用菌紫質三聚體，如何通過菌紫質單體本徵的結構與功能特點了解三聚體的結構與功能協同效應，成為研究機制與最佳化三聚體能效比的關鍵問題。本項目擬通過研究不同微環境下菌紫質單體的結構與光電回響之間的關係，解析不同條件下的菌紫質單體與其自聚合體的質子泵功能與光循環動力學過程，建立相應的質子傳導模型，篩選有益的環境條件，實現通過微環境對菌紫質單體光電信號的調控與最佳化，加深對菌紫質三聚體的結構與功能的認知，為菌紫質在實用微型能源器件與生物感測器的開發提供理論基礎與技術支持。
結題摘要
課題21073010在項目執行周期中，進展順利，符合課題結題要求,保質保量的完成了既定的科研任務和目標。首先完成了菌紫質（bR）單體的製備與功能表征，對單體的M態和O態進行動力學分析，解析了結構與光循環的依賴關係。利用電沉積方法，將bR膜層定向覆蓋於AAO孔道表面，製備了bR/AAO複合納米孔道.通過微環境如光頻率，光強度，質子濃差，孔徑和膜層厚度對其光電特性進行調控。成功地體外再現了視覺暫存生物特性。進一步將bR膜層與金納米顆粒(AuNPs)結合，構建了仿葉綠素類囊體的垛堞結構體系，通過垛堞層數，金納米顆粒的粒徑，質子濃差，內外修飾等對體系的光電性能進行了有效地調控，記錄的光電流可以達到350 nA cm-2。受單體形式的光碟機動質子泵蛋白變形菌視紫紅質pR啟發，我們將pR作為光電基元組裝到人工器件中，製備了基於pR的光電轉化器件，能夠實時對pH微小變化做出瞬態效應。受海洋生物膜系統電容性質進行能量轉換的啟發, 為了更好研究細胞膜蛋白協同工作發揮的電容性質，我們通過組裝變性菌視紫紅質和氧化鋁納米通道修飾作為自然界中離子泵蛋白和離子通道蛋白功能性模擬，人工地搭建了一個光碟機動的生物電容器系統。成功地利用納米通道的孔徑和表面電荷密度對光電流的壽命進行了調節。最佳化納米通道修飾和搭配不同激發光頻率後，原有的瞬態光電流能夠被調節成具有指定壽命的方形波形搭建了具有納米通道調節功能的生物電容器系統。通過三年的系統研究，本研究組形成了基於bR與pR的光電研究平台，對構建微型生物感測器和能量轉化器件開闢了新的路徑。
