[发明专利]一种光可控ATP生物合成体系及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种ATP合成体系及其制备方法，具体涉及一种光可控ATP生物合成体系及其制备方法。

背景技术

ATP是生物体内的“能量货币”，在能量代谢过程中有重要作用。它为细胞内的多种耗能过程提供能量并参与调控多种生化过程，如神经传导、新陈代谢、肌肉收缩、生物发光和物质运输等等。由于其多样化的功能，如果能在亚细胞水平上模拟细胞中ATP的可控合成，就将能够实现对多种生物过程的精细控制和研究。

在生物体内ATP是由ATP合酶催化合成的。利用ATP合酶构建仿生体系的组装结构就可以实现在人工载体上ATP合成的精细化控制，从而不仅能够为由ATP驱动的纳米杂化器件(如分子马达)提供动力，也可以为耗能的生化过程提供能量。细胞内ATP的合成至少需要两个必要条件：嵌在闭合膜中的ATP合酶、膜两侧存在质子梯度。因此，对ATP仿生合成过程的研究主要集中于如何在膜两侧构建质子动力势以推动ATP合酶的旋转。

质子动力势的来源主要有以下两种：利用酸碱度不同的缓冲液直接形成和诱导体系自身发生酸碱变化。体系自身发生变化又分为底物响应(如葡萄糖氧化酶催化葡萄糖分解产生葡萄糖酸)和光响应两种。其中光响应由于其无需在反应体系中外加溶液、对体系干扰小、适用于封闭体系、光刺激易于添加和终止、适于长时间实验、在空间范围易控制等优势受到研究人员的关注。目前，光响应产生质子梯度的研究集中于嵌在膜内的质子泵细菌视紫红质和色素衍生物类小分子化合物。

光系统II是一种光响应的蛋白复合物，它能够吸收传递转换光能，分解水产生质子。它的活性功能的维持不完全依赖于嵌在膜内，因此大大扩展了光响应产生质子梯度的研究和应用。目前尚无利用光系统II蛋白作质子来源推动ATP合成的报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种光可控ATP生物合成体系及其制备方法，在光照下，本发明提供的ATP生物合成体系可产生ATP。

本发明所提供的光可控ATP生物合成体系的制备方法，包括如下步骤：

(1)制备光系统Ⅱ微球或光系统Ⅱ胶囊；所述光系统Ⅱ微球为光系统Ⅱ微米球或光系统Ⅱ纳米球，所述光系统Ⅱ胶囊为光系统Ⅱ微米胶囊或光系统Ⅱ纳米胶囊；

(2)将所述光系统Ⅱ微球或所述光系统Ⅱ胶囊分散到含有二醛交联剂的2-(N-吗啡啉)乙磺酸缓冲液中进行吸附；然后继续分散于含有光系统Ⅱ的2-(N-吗啡啉)乙磺酸缓冲液中进行吸附；

(3)将经步(2)处理后的光系统Ⅱ微球或光系统Ⅱ胶囊分散到含有ATP合成酶的蛋白脂质体溶液中进行吸附，即得到所述光可控ATP生物合成体系。

通过所述方法，通过交联剂中醛基的作用，形成了西佛碱的结构，从而将光系统Ⅱ和ATP连接起来。

上述的制备方法中，所述光系统Ⅱ微米球的粒径为1～20μm，如2μm；

所述光系统Ⅱ纳米球的粒径为200～900nm，如500nm；

所述光系统Ⅱ微米胶囊的粒径为1～20μm，如5μm；

所述光系统Ⅱ纳米胶囊的粒径为200～900nm。

上述的制备方法中，所述二醛交联剂可为戊二醛、氧化海藻酸钠、氧化肝素或氧化纤维素，所述氧化海藻酸钠、所述氧化肝素和所述氧化纤维素均能通过高碘酸氧化得到，即将海藻酸钠、肝素或纤维素中的羟基氧化成醛基。

上述的制备方法中，步骤(2)中，所述2-(N-吗啡啉)乙磺酸缓冲液的pH值可为5～8，如6，2-(N-吗啡啉)乙磺酸的摩尔浓度可为10～100mmol/L。

上述的制备方法中，步骤(2)中，所述含有二醛交联剂的2-(N-吗啡啉)乙磺酸缓冲液中，所述二醛交联剂的质量百分含量可为0.001～0.5％，如0.025％；

所述含有光系统Ⅱ的2-(N-吗啡啉)乙磺酸缓冲液中，所述光系统Ⅱ的浓度可为0.01～1mg chl/mL，如0.3～0.5mg chl/mL、0.3mg chl/mL或0.5mg chl/mL。

上述的制备方法中，步骤(3)中，所述含有ATP合成酶的蛋白脂质体溶液中，所述ATP合成酶的摩尔浓度可为20～500nmol/L，具体可为100～200nmol/L、150～200nmol/L、100nmol/L、150nmol/L或200nmol/L，蛋白脂质体的浓度可为1～10mg/mL，具体可为2～8mg/mL、5～8mg/mL、2mg/mL、5mg/mL或8mg/mL。