光合膜蛋白结构变化对光合系统高效储能和传能功能调节的超快光谱研究

翁羽翔 

中国科学院物理研究所 软物质物理实验室

摘要:

光合细菌捕光天线色素蛋白复合体LH2是研究光合系统高效吸能和储能的重要模式蛋白。晶体结构表明,LH2具有C9对称的圆环状结构。叶绿素分子组成两个色素环,其中一个色素环由单体叶绿素分子构成,吸收光谱位于800nm;另一个由9对叶绿素二聚体分子构成,吸收光谱在850nm。理论研究表明该特殊的细菌叶绿素平面环状结构保证了LH2具有高效吸能和传能的功能。然而在某些光合细菌生物体中,LH2分布在直径约30-60nm 的囊泡膜内,由于光合膜的弯曲作用,可能会引起LH2在光合膜上的椭圆畸变,导致传能效率降低。我们通过将LH2与一系列直径不等的SiO2纳米粒子进行组装,模拟LH2在囊泡上的结构畸变理论推导和飞秒光谱实验研究均表明当囊泡的直径大于LH2的直径,膜蛋白上的LH2不发生椭圆畸变,揭示了物理化学规律在生物体内被很好地遵守。

报告人简介:

国家基金委杰出青年科学基金获得者,中国科学院物理研究所研究员,博士生导师,软物质科学实验室副主任。85年及88年毕业于华东师范大学化学系,分别获学士和硕士学位。93年获中科院物理所光学博士学位。94-99年分别在香港大学和美国Emory大学从事博士后研究,99年入选中国科学院物理研究所“百人计划”,2000年入选“引进杰出人才计划”,2001-2003日本关西学院大学JSPS短期访问教授,2000.9为物理所研究员,2004.1为软物质物理实验室SM06组课题长。  

长期从事超快时间分辨激光光谱的研究工作,回国后主持建立纳秒时间分辨瞬态可见光光谱测量系统、建成了国际先进水平的飞秒时间分辨瞬态吸收光谱仪,并研制成功飞秒光参量放大器,进一步将150飞秒的激光脉宽压缩到19飞秒。主持国家自然科学重点项目“准单光子放大技术及其在生命科学和遥感测量研究中的应用”,实现了非相干荧光光子的激光放大,直接测量发光材料的可见和近红外飞秒时间光谱, 并实现了量子点飞秒时间分辨的光谱及在流子驰豫动力学的测量。特别是时间分辨中红外激光光谱,立足国内的自主知识产权技术(中红外激光器对中国禁运),建立了能够测定半导体晶格内及束缚态载流子的驰豫动力学的探测设备,为研究半导体材料的特性提供了有力的手段。 研究方向主要集中在以下几个方向:光合系统及人工模拟系统的能量与电荷转移过程超快光谱研究;蛋白质快速折叠动力学脉冲升温-时间分辨中红外光谱研究及超快光谱新方法探索。在国际/国内核心期刊(J. Am. Chem. Soc., Phys. Rev. Letter, Biophysical Journal, J. Phys. Chem., Applied. Phys. Letter, J. OpticalSoc.Am.B)上发表论文70多余篇。