藻胆体纯化鉴定生物综合实验设计论文

藻胆体纯化鉴定生物综合实验设计论文

1藻胆体简介

藻胆体由“杆”复合物和“核”复合物组成。前者直径12nm,长度18nm,由若干个藻胆蛋白(包括藻红蛋白、藻蓝蛋白)六聚体通过连接肽聚合而成,组成六聚体的每个单体包括藻蓝蛋白α和β两个亚基;核复合物直径12nm,长度12nm,由3个藻胆蛋白(别藻蓝蛋白)三聚体和相应的连接肽组成,三聚体中每个单体由别藻蓝蛋白α和β两个亚基组成。核结构并排排列并附着于类囊体表面,杆结构分布于其核结构侧面,呈放射状排列,构成完整的藻胆体。在完整的藻胆体中,藻红蛋白、藻蓝蛋白复合物将吸收的光能传递给别藻蓝蛋白复合物,能量最终被汇集并传递给光系统中的叶绿素a。不同物种藻胆体的组成和结构差异较大,而在实验教学中宜选择组成和结构比较简单的藻胆体(如Synechococcus6301)。尤其是只含有藻蓝蛋白和别藻蓝蛋白,不包含藻红蛋白的藻胆体,更适宜于该综合实验。

2实验流程

藻胆体分离、纯化以及性质分析实验的具体操作步骤在相关文献中均有详细介绍,在此只给出实验流程及所用到的实验技术。其中,藻胆体分离和纯化过程中,常温操作及高浓度(0.6~0.9mol/L)磷酸缓冲液是保持藻胆体结构完整的关键,这两个条件也是分离藻胆体实验操作的特殊之处,完整的藻胆体经蔗糖密度梯度离心后形成明蓝色区带,吸收光谱最大吸收峰位于610~615nm;而藻胆蛋白的分离纯化需在4℃下进行。另外,通过透析除去磷酸盐(通常降至5mmol/L以下)后,藻胆体自动解体。

3藻胆体作为实验材料的优势

3.1实验材料容易获得

蓝藻培养方法现已非常成熟,且蓝藻在旺盛生长时,藻胆体占可溶性蛋白含量的80%左右,因此完成以上实验流程每组只需要30~50g蓝藻细胞。

3.2综合性强

该实验涉及表面活性剂的使用、密度梯度离心、透析、吸收光谱分析、SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳以及色谱等多项常用生化技术。

3.3实验结果明显、成功率高

实验中得到的藻胆体及其解聚得到的藻胆蛋白均为有色的色素蛋白,密度梯度离心和层析结果均可直接观察,增加了学生实验过程中的兴趣度,且各组往往是得到藻胆体和藻胆蛋白量上的差异,基本不会出现无实验结果的问题。

3.4难度适当

在进行充分准备后,高年级本科生均可完成整个实验流程,该实验流程约需要24~36学时。该实验灵活性强,既可作为综合性实验,也可作为分步实验,随讲随做,将每个实验结果冻存备用,因此各院校可根据课时情况、学生基础以及具体实验条件对该实验流程进行适当修改。此外,有条件的学校还可以在此基础上,完成完整藻胆体的电镜观察、藻胆体及藻胆蛋白室温或低温荧光激发/发射光谱分析以及连接肽的分离纯化等实验,以增加实验难度。

3.5实验费用较低

完成实验操作,若藻胆蛋白的纯化使用羟基磷灰石柱层析,每组所需试剂耗材300元左右。

4实验存在的问题

(1)密度梯度离心是纯化藻胆体的必需途径,也是制约该综合性实验大规模开展的重要因素,完成该实验流程需至少收集2管的藻胆体(每管容量50mL,上样5~10mL),而每台超速离心机只能同时放置6支离心管。由于我院拥有1台超速离心机,因此该实验每次开设均不超过6个小组。

(2)藻胆体结构与功能的研究始于上世纪70年代,现在已成为研究得最为透彻的生物大分子之一,目前已不是研究热点,因此该实验设计基本属于验证型,相比而言创新性稍显不足,但无疑是训练学生蛋白分离纯化相关技术不可多得的实验材料。

5结语

藻胆体纯化鉴定实验为蛋白质复合体分离纯化经典实验,由于色素与肽链共价结合,实验难度相对较低,且该实验既体现蛋白质纯化普遍规律,又有其自身特点(藻胆体常温下稳定),是学生辨正认识蛋白分离纯化流程的良好范例。

作者:黄辉 潘宝平 单位:天津师范大学生命科学学院