重金属对藻蓝蛋白光合作用相关功能的毒性作用研究

论文摘要

近年来随着工业的发展,水体中的重金属含量不断增加,严重危害了生态环境。作为水体中的生产者,藻类会最先受到危害。重金属会影响藻类的生长发育、生理生化功能（包括碳代谢和光合作用）以及藻类的DNA、RNA、蛋白质合成及酶活性。C-藻蓝蛋白（C-phycocyanin,C-PC）是蓝藻等藻类所具有的一种藻胆蛋白,它可以有效的吸收和传递光能,与藻类的光合作用密切相关。作为光合作用的重要单元,C-藻蓝蛋白会受到重金属污染的严重影响。为此,本研究采用一系列光谱学方法和分子模拟技术深入研究重金属离子对C-藻蓝蛋白光合作用相关功能的影响,为研究重金属离子对藻类的毒性作用机制提供理论基础,同时也有助于认清水体重金属污染的威胁,为相关政策的制定和政府部门决策提供理论依据。借助紫外-可见吸收光谱方法和荧光偏振方法分析重金属离子对C-藻蓝蛋白吸收和传递光能能力的影响。结果表明C-藻蓝蛋白的特征吸收峰位置不会随着重金属离子浓度增大而改变,但是特征吸收峰的强度会随着重金属离子浓度的不断增加而减小;不同重金属离子对C-藻蓝蛋白特征峰强度的影响存在一定的差异性,从大到小依次为:Zn2+、Pb2+、Cu2+、Cd2+,由此说明重金属离子会影响C-藻蓝蛋白吸收光能的能力。荧光偏振实验表明随着重金属离子浓度的不断提高,C-藻蓝蛋白的荧光偏振度会不断增大;四种重金属离子对C-藻蓝蛋白的荧光偏振度影响存在一定的差异性,从大到小依次为:Zn2+、Pb2+、Cu2+、Cd2+,说明重金属离子会影响C-藻蓝蛋白传递光能的能力。将重金属离子对C-藻蓝蛋白吸收和传递光能能力的影响做相关性分析,结果表明重金属离子对C-藻蓝蛋白吸收光能能力的影响和重金属离子对C-藻蓝蛋白传递光能能力的影响存在一定的相关性。通过傅里叶变换红外光谱和荧光探针技术分别考察了重金属离子对C-藻蓝蛋白二级和三级结构的影响。结果表明,重金属离子与C-藻蓝蛋白作用会影响C-藻蓝蛋白的二级结构,使α-螺旋、β-转角的含量降低,β-折叠和无规则卷曲的含量增多。利用荧光探针实验测定C-藻蓝蛋白表面疏水性,并以此表征C-藻蓝蛋白的三级结构。结果表明,随着重金属离子的浓度不断升高,C-藻蓝蛋白的表面疏水性不断增大,由此说明重金属离子会影响C-藻蓝蛋白的三级结构,导致C-藻蓝蛋白表面的疏水性残基增多,与重金属离子对C-藻蓝蛋白二级结构影响的结果相呼应。将重金属离子对C-藻蓝蛋白二级结构、三级结构的变化分别与C-藻蓝蛋白吸收光能和传递光能的变化做相关性分析,结果发现重金属离子对C-藻蓝蛋白造成的二级结构和三级结构变化与C-藻蓝蛋白吸收光能与传递光能的变化均存在一定的相关性;C-藻蓝蛋白的二级结构变化与三级结构变化之间也存在一定的相关性,表l明重金属离子可能通过改变C-藻蓝蛋白的结构从而影响其吸收和传递光能,且C-藻蓝蛋白结构变化越大,功能受损失越严重。利用等温滴定量热法和分子模拟技术研究重金属离子是否与C-藻蓝蛋白结合及其结合参数。结果表明,重金属离子能与C-藻蓝蛋白结合但结合参数有所不同,Cd2+、Cu2+、Zn2+与C-藻蓝蛋白的结合作用力为疏水作用力,Pb2+（水合配位物）与C-藻蓝蛋白的结合作用力为氢键和范德华力。四种重金属离子与C-藻蓝蛋白的结合常数Ka值大小存在差别(Zn2+>Pb2+>Cu2+>Cd2+),与重金属离子对C-藻蓝蛋白结构和功能影响的大小顺序一致。此外,四种重金属离子与C-藻蓝蛋白（三聚体）的结合位点数均为7,表明四种重金属离子与C-藻蓝蛋白单体的结合位点均在2个左右。分子对接模拟结果给出了四种重金属离子与C-藻蓝蛋白单体结合的两个最优位点,分析各个结合位点发现四种重金属离子均没有与C-藻蓝蛋白的发色基团结合,且Cu2+、Cd2+的结合位点II位置相近。综上所述,重金属离子会与C-藻蓝蛋白结合,影响其二级结构和三级结构,进而影响其功能（吸收和传递光能）。

论文目录

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 洪博雯

导师: 池振兴

关键词: 藻蓝蛋白,重金属离子,毒性作用,光合作用

来源: 哈尔滨工业大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

专业: 生物学,生物学,环境科学与资源利用,环境科学与资源利用

单位: 哈尔滨工业大学

分类号: X52;X171.5;Q945

DOI: 10.27061/d.cnki.ghgdu.2019.005947

总页数: 73

文件大小: 2082k

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