通过光合膜囊泡的三磷酸腺苷和烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(磷酸盐)的持续生成方法技术

本发明专利技术涉及包含光合膜囊泡的用于生成光合光反应产物的组合物及通过利用所述组合物来生成所述光合光反应产物的方法。此外，本发明专利技术涉及用于制备光合光反应单元的方法，其包括从光合细菌或藻类的细胞膜中分离囊泡的步骤。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用于生成光合作用中光依赖性反应的产物的包含光合膜囊泡的组合物及通过利用该组合物的光合作用中光依赖性反应的产物的持续生成方法。
技术介绍
现代产业的结构只能让化学能源中的大部分原材料和能源化石燃料依赖于化石燃料，而别无他选。化石燃料的量是有限的，且化石燃料的使用会引发各种环境问题和经济问题。这种环境下，持续在进行新型的可替代化石燃料的再生能源的研究，且利用太阳光的能源生成技术对应于一种人类应于依赖的终极的能源技术。将光转化成化学或电能的光能利用技术通过利用各种方法可以得以实施，其中体内光合作用待3.5亿年的进化后以获得现有的发光能力告终。光合作用发生在植物体内，还发生在海藻和各种微生物体内。这种光合作用基于电子供体大致分为产氧光合作用与不产氧光合作用。所述产氧光合作用发生在植物、海藻、蓝细菌等体内，且其特征在于从座位电子供体的水(H2O)中生成氧。这种产氧光合作用发生在植物和海藻的微生物和叶绿体内存在的独特的膜结构类囊体膜内。光能能够激发电子来诱发一系列电子流，且在这种电子流中，质子会通过膜进行传递而形成膜的内外空间之间的质子浓度梯度。其结果，所述质子浓度梯度会通过ATP合酶的作用而合成三磷酸腺苷(ATP)。此外，这种电子流被传递至铁氧还蛋白，而最终将烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADP+)还原成烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADPH)的还原形式。其中，所生成的NADPH可通过吡啶核苷酸转氢酶(Pnt)的作用转化成烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NADH)的还原形式。已知，不产氧光合作用发生在紫色非硫细菌、紫硫细菌、绿非硫细菌、绿硫细菌和Heliobacteria体内，而在此过程中不会生成氧分子，这与产氧光合作用不同。特别地，在紫色非硫细菌内，这种光合作用机制会发生在陷入于细胞内的胞浆内膜内。在细菌的胞浆内膜内存在的反应中心(reaction center)中，光化学反应是由光能引起的，从而诱导循环电子传递。在此过程中，通过利用质子浓度梯度作为推动力及在ATP合酶的作用下从二磷酸腺苷(ADP)和无机磷酸盐中合成ATP。然而，通过存在于胞浆内膜内的复合物I会发生质子往相反于胞浆内膜的方向传递的反向电子流，腺嘌呤二核苷酸(NAD+)被还原为NADH。然后，在同样存在于胞浆内膜内的琥珀酸脱氢酶(复合物II)的作用下，在琥珀酸被还原成富马酸的过程中失去了电子的苯醌(quinone)将重新获得电子。如产氧光合作用一样，在吡啶核苷酸转氢酶的作用下，由该机制产生的NADH可被转化成NADPH。ATP和NAD(P)H用作调解各种体内生化反应的酶的辅因子。因此，在活体内，需要持续合成ATP和NAD(P)H，而这些用于生成这种消耗各种代谢物质中的能源的辅因子的酶反应是已知的。作为代表性的实施例，在糖酵解和柠檬酸(或TCA)循环中通过相关酶的作用来产生ATP和NADH。此外，已知有用于体外生化反应的合诚ATP和NAD(P)H的方法。为了ATP合成，通过利用磷酸盐和磷酸肌酸激酶的方法是已知的。磷酸肌酸激酶能通过将磷酸肌酸的磷酸基传递给ADP来调解用于ATP合成反应。也就是说，该酶是通过消耗所述磷酸肌酸来从ADP合成ATP的。此外，葡萄糖-6-磷酸脱氢酶能通过消耗葡萄糖-6-磷酸调解NADP+还原成NADPH。然而，当这种反应实际应用在用于产生有用的基质的体外酶反应时，不得不持续提供所述磷酸肌酸或耗葡萄糖-6-磷酸，导致生产成本的极增，但实操性低。韩国专利申请10-2011-7017135的专利技术在于用于再生ATP的分离的组合物可包含类囊体膜。然而，为了在类囊体膜内进行光合磷酸化来产生ATP，需要形成质子浓度梯度，但用平面膜不可能实现，因为不是囊泡型膜而不能空间上分开内外空间。事实上，上述申请没有公开通过所述类囊体膜产生ATP的结果。此外，上述专利技术也没有公开通过所述类囊体膜生成NAD(P)H的方法。此外，韩国专利申请10-2008-0021127的专利技术在将分离的类囊体膜用作活性组分的方面与本专利技术相似，但不同的是上述专利技术的主要特点在于公开了通过对胰脂肪酶的类囊体膜的抑制成分而让人有饱腹感来控制肥胖的方法。
技术介绍
中公开的内容仅仅是用来帮助理解本专利技术的背景，从而本领域的技术人员不应当将之接受为对应于已知的传统技术。
技术实现思路
技术问题专利技术人曾试图找到通过利用光合细菌如蓝细菌或紫色非硫细菌或藻类持续生成在光合作用中的光依赖性反应的产物如ATP和NAD(P)H的方法。最终，专利技术人确定了，当光合光反应发生机构被配置成从细菌或藻类的细胞膜中仅分离出囊泡时，在有电子供体时可以持续生成光合作用中的光依赖性反应的产物，从而完成本专利技术。因此，本专利技术的目的在于提供一种用于生成光合作用中的光依赖性反应的产物的组合物，该组合物含有光合膜囊泡(photosynthetic membrane vesicle)。本专利技术的另一目的在于提供光依赖性反应发生单元体，该单元体包含用于生成光合作用中的光依赖性反应的产物的组合物。本专利技术的又一个目的在于提供一种制备所述光依赖性反应发生单元体的方法，该方法包括分离出光合膜囊泡。本专利技术的又一个目的在于提供一种生成所述光合作用中的光依赖性反应的产物的方法，该方法包括向所述光合膜囊泡照射光。通过本专利技术的具体的说明书、权利要求书及附图，将对本专利技术的其他目的和优点及逆行清楚的说明。技术方案根据本专利技术的一个方面，本专利技术提供一种包含光合膜囊泡的组合物以生成所述光合作用中的光依赖性反应的产物。根据本专利技术的另一方面，本专利技术提供一种生成所述光合作用中的光依赖性反应的产物的方法，该方法包括向所述光合膜囊泡照射光。本专利技术的专利技术人曾试图找到通过利用光合细菌如蓝细菌、紫色非硫细菌或藻类持续生成在光合作用中的光依赖性反应的产物如ATP和NAD(P)H的方法。最终，专利技术人确定，当光合光反应发生机构配置成从细菌或藻类的细胞膜中仅分离囊泡时，在没有除水之外的其他附加电子供体或其他附加基质下也可以持续生成光合作用中的光依赖性反应的产物。这里使用的术语“光合膜囊泡”是指细胞膜-蛋白质复合体，该复合体可以从能够利用光能进行光合作用的光合细菌或藻类内以囊泡形式分离出来并能够在适当的光照下进行光合作用中的光依赖性反应。这里使用的术语“光合细菌”是指能够利用光能进行光合作用的细菌，且基于电子供体的种类可大致分为产氧光合细菌和不产氧光合细菌。产氧光合细菌的特征在于从作为电子供体的水(H2O)中生成氧，藻类或蓝细菌为其中具代表性例子。藻类或蓝细菌具有类囊体膜(thylakoid membrane，TM)，该膜为能够进行光合作用的特殊的细胞膜结构。这里使用的术语“类囊体膜囊泡”是指包括两种光合体系和诸多能够传递电子的蛋白的细胞膜单位。所述类囊体膜囊泡与常见的膜囊泡不同具有能利用光能从非光合细菌中生成ATP和NADPH的能力。根据本专利技术的一个示例性实施例，能够获得类囊体膜囊泡的蓝细菌选自Synechocystis sp.、Synechococcus sp.、Nostoc sp.、Anabaena sp.、Gloeobacter sp.和Cyanobacterium sp.。不产氧光合作用的特征在于在光合作用中不生成氧，典型地在紫色非硫细菌，紫硫细菌，绿非硫细菌，绿硫本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于生成光合作用中的光依赖性反应的产物的组合物，其包含光合膜囊泡，其中所述膜选自蓝细菌或藻类的类囊体膜(TM)和紫色非硫细菌的胞浆内膜(ICM)中的一种或多种膜。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.01.27 KR 10-2014-00098201.用于生成光合作用中的光依赖性反应的产物的组合物，其包含光合膜囊泡，其中所述膜选自蓝细菌或藻类的类囊体膜(TM)和紫色非硫细菌的胞浆内膜(ICM)中的一种或多种膜。2.根据权利要求1所述的组合物，其特征在于，所述光合作用中的光依赖性反应的产物为选自三磷酸腺苷(ATP)、烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NADH)和经还原的烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADPH)中的一种或多种光依赖性反应产物。3.根据权利要求1所述的组合物，其特征在于，所述蓝细菌选自Synechocystis sp.、Synechococcus sp.、Nostoc sp.、Anabaena sp.、Gloeobacter sp.和Cyanobacterium sp.。4.根据权利要求1所述的组合物，其特征在于，所述紫色非硫细菌选自Rhodobacter sp.、Rhodospirillum sp.、Rhodopseudomonas sp.、Roseobacter sp.、Bradyrhizobium sp.和Rubrivivax sp.。5.根据权利要求1所述的组合物，其特征在于，其包含从蓝细菌或藻类的类囊体膜中分离的囊泡和从紫色非硫细菌的胞浆内膜中分离的囊泡。6.根据权利要求1或5所述的组合物，其特征在于，所述从蓝细菌或藻类的类囊体膜中分离的囊泡和所述从紫色非硫细菌的胞浆内膜中分离的囊泡吸收波长带彼此不同的光。7.根据权利要求6所述的组合物，其特征在于，所述波长待彼此不同的光为可见光和红外光。8.根据权利要求1或5所述的组合物，其特征在于，所述从蓝细菌或藻类的类囊体膜中分离的囊泡包含浓度为1μg叶绿素a/ml-1mg叶绿素a/ml的叶绿素a(Chl a)。9.根据权利要求1或5所述的组合物，其特征在于，所述从紫色非硫细菌的胞浆内膜中分离的囊泡包含浓度为1μg细菌叶绿素a/ml-1mg细菌叶绿素a/ml的细菌叶绿素a。10.根据权利要求1或5所述的组合物，其特征在于，所述从蓝细菌或藻类的类囊体膜中分离的囊泡和所述从紫色非硫细菌的胞浆内膜中分离的囊泡具有1-500n...

【专利技术属性】
技术研发人员：李正国，金义镇，
申请(专利权)人：西江大学校产学协力团，
类型：发明
国别省市：韩国;KR