賓美學(xué)堂2：蛋白質(zhì)不應(yīng)該是“白”色,藻膽蛋白為什么會(huì)有顏色?

   日期：2018-09-06

文章摘自 Algaengineer 微藻技術(shù)與產(chǎn)業(yè)  原標(biāo)題：高營(yíng)養(yǎng)的藻膽蛋白為什么會(huì)有顏色，蛋白質(zhì)不應(yīng)該是“白”色的嗎？

藻膽蛋白通常具有鮮艷的天然顏色和發(fā)出熒光的特性，使得它們常作為食品天然著色劑應(yīng)用于食品領(lǐng)域。目前，市場(chǎng)上知名度比較高的，應(yīng)用比較廣的是藻藍(lán)蛋白。但為什么這些蛋白質(zhì)會(huì)呈現(xiàn)出多種不同的顏色呢？

一般在人們印象中蛋白質(zhì)應(yīng)該是無(wú)色透明，加熱或其他方式讓它變性后通常會(huì)變成乳白色，例如雞蛋的蛋清。然而，藻膽蛋白——藻藍(lán)蛋白、藻紅蛋白等，卻具有鮮艷、明亮的藍(lán)色、紅色、青色等多種色彩。

為什么藻膽蛋白會(huì)有顏色？

原來，藻膽蛋白由無(wú)色的脫輔基蛋白和藻膽色素緊密交聯(lián)組成，藻膽色素通常稱為藻膽蛋白的發(fā)色團(tuán)（Chromophore），是一種線性開鏈的四吡咯結(jié)構(gòu)，會(huì)吸收特定范圍的可見光，而不被吸收的光被反射回來被人眼所看見，這就是為什么藻膽蛋白呈現(xiàn)出不同顏色的原因所在。

四吡咯結(jié)構(gòu)也是組成血紅素的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，血紅素使得血紅蛋白呈現(xiàn)出紅色。因此，像藻藍(lán)蛋白、藻紅蛋白、血紅蛋白等具有顏色的以色素作為輔基的復(fù)合蛋白通稱為色素蛋白。

藻膽蛋白通常有四種，分別為藻紅蛋白，藻藍(lán)蛋白、別藻藍(lán)蛋白及藻紅藍(lán)蛋白。

大家都知道不同波長(zhǎng)的光顯示出不同的顏色，如下所示

藻紅蛋白通常呈現(xiàn)出紫紅色，它一般含有藻紅膽素和/或藻尿膽素，主要吸收波長(zhǎng)450~620nm左右范圍的可見光，主吸收峰為540-570nm。因此，未被它吸收的主要是紫光區(qū)和紅光區(qū)波長(zhǎng)的光，我們看到藻紅蛋白呈現(xiàn)出鮮艷的紫紅色。此外，它還發(fā)射出峰值為575-585nm的熒光。

藻紅蛋白的吸光特性及熒光特性（實(shí)線為吸光值，虛線為熒光強(qiáng)度值）

藻藍(lán)蛋白通常呈現(xiàn)出藍(lán)色，別藻藍(lán)蛋白通常呈現(xiàn)出藍(lán)青色，它們一般含有藻藍(lán)膽素和/或藻紫膽素。藻藍(lán)蛋白主要吸收波長(zhǎng)500~680nm左右范圍的可見光，主吸收峰為610-620nm。別藻藍(lán)蛋白主要吸收波長(zhǎng)500~700nm左右范圍的可見光，主吸收峰為651-655nm。它們幾乎不吸收450-500nm波長(zhǎng)的藍(lán)和青光區(qū)范圍的光，因此藻藍(lán)蛋白和別藻藍(lán)蛋白通常顯示出藍(lán)色或藍(lán)青色。（下圖：實(shí)線為吸光值，虛線為熒光強(qiáng)度值）

                            

       藻藍(lán)蛋白的吸光和熒光特性曲線                                               別藻藍(lán)蛋白的吸光和熒光特性曲線

 

藻細(xì)胞內(nèi)藻膽蛋白的生物學(xué)功能

藻膽蛋白是藻細(xì)胞的捕光色素蛋白，即幫助藻細(xì)胞吸收光能，并傳遞光能到光合作用反應(yīng)中心，使得藻細(xì)胞開展光合作用反應(yīng)。

微藻細(xì)胞中，藻膽蛋白按照一定順序排列并通過連接蛋白銜接而組成藻膽體，位于細(xì)胞光合作用區(qū)域的類囊體膜上。

一般藻膽體的中心為別藻藍(lán)蛋白組成的核，外周為6根由藻藍(lán)蛋白和藻紅蛋白組成的天線桿。光能傳遞從外周的藻紅蛋白傳遞到藻藍(lán)蛋白再傳遞至別藻藍(lán)蛋白。在某些藍(lán)藻中，沒有藻紅蛋白，但有與其類似的藻紅藍(lán)蛋白。

在藻細(xì)胞內(nèi)，藻紅蛋白和藻藍(lán)蛋白通常以更加穩(wěn)定的六聚體的形式存在，而別藻藍(lán)蛋白通常以三聚體的形式存在。

藻膽蛋白的聚合體生化結(jié)構(gòu)模型

（絲帶狀的表示蛋白，球體狀的表示發(fā)色團(tuán)即藻膽色素，絲帶狀的不同顏色表示每一個(gè)不同的單體蛋白）

藻膽體除了吸收和傳遞光能外，在高光條件下，還具有光保護(hù)的功能，避免光合系統(tǒng)被強(qiáng)光所破壞，同時(shí)，在營(yíng)養(yǎng)缺乏條件下（如缺氮源），藻膽體會(huì)被降解，為藻細(xì)胞的生長(zhǎng)提供營(yíng)養(yǎng)。因此，為了藻細(xì)胞多產(chǎn)藻膽蛋白，微藻生長(zhǎng)所需的營(yíng)養(yǎng)條件得需要充分滿足。

相關(guān)信息

2017年10月19日，清華大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院隋森芳教授研究組在《自然》（Nature）雜志上以長(zhǎng)文（Research Article）形式在線發(fā)表題為《海洋紅藻藻膽體的結(jié)構(gòu)》（Structure of phycobilisomefrom the red alga Griffithsia pacifica）的研究論文，報(bào)道了世界上完整藻膽體的近原子分辨率的冷凍電鏡三維結(jié)構(gòu)，為揭示藻膽體的組裝機(jī)制和光能傳遞途徑奠定了重要基礎(chǔ)。