2022年2月6日訊/生物谷BIOON/---許多**和單細胞藻類的細胞膜上有稱為光驅(qū)動泵的蛋白：當暴露在光子下時，它們會改變形狀，從而可以將帶電的原子運進或運出細胞。多虧這些光驅(qū)動泵，擁有它們的單細胞可以適應環(huán)境的pH值或鹽度。

Nonlabens marinus就是這樣一種**，它于2012年**在太平洋中發(fā)現(xiàn)。它的細胞膜上有一種視紫紅質(zhì)（rhodopsin）蛋白，可以將氯離子從細胞外輸送到細胞內(nèi)。就像在人眼里一樣，當暴露在光線下時，與這種蛋白結(jié)合的視黃醛分子會發(fā)生異構(gòu)化。這種異構(gòu)化啟動了這種泵送過程。

如今，在一項新的研究中，來自瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學院和保羅謝勒研究所等研究機構(gòu)的研究人員對Nonlabens marinus的氯離子泵如何發(fā)揮作用有了詳細的了解。相關(guān)研究結(jié)果于2022年2月3日在線發(fā)表在Science期刊上，論文標題為“Dynamics and mechanism of a light-driven chloride pump”。論文通訊作者為蘇黎世聯(lián)邦理工學院的Przemyslaw Nogly博士。

Nogly和他的團隊在保羅謝勒研究所的兩個大型研究設施--瑞士光源SLS和X射線自由電子激光器SwissFEL---上進行了實驗。基于瑞士光源SLS的時間分辨串行晶體學研究了毫秒范圍內(nèi)的較慢的動力學，而在SwissFEL捕捉到了較快的*高達皮秒的事件，然后將這兩組數(shù)據(jù)組合在一起。

Nogly說，“在這篇論文中，我們利用了兩個*先進的設施的優(yōu)勢來講述這種氯離子泵的完整故事。”

沒有倒流

正如這項研究所揭示的那樣，氯離子被Nonlabens marinus細胞膜上視紫紅質(zhì)的帶正電荷口袋（positively charged patch）所吸引。在那里，氯離子進入這種蛋白，*后與它里面的視黃醛分子的正電荷結(jié)合。當視黃醛因光照射而發(fā)生異構(gòu)化并翻轉(zhuǎn)時，它拖著氯離子移動，從而將氯離子輸送到這種蛋白內(nèi)部更遠的地方。論文**作者、Nogly團隊博士生Sandra Mous說，“這就是光能直接轉(zhuǎn)化為動能的方式，觸發(fā)了這種離子運輸?shù)?*步。”

如今在視黃醛分子的另一側(cè)，氯離子已達到了不可逆轉(zhuǎn)的地步。從這里開始，它只能進一步進入細胞內(nèi)部。當氯離子沿途移動時，這種蛋白的一個氨基酸螺旋結(jié)構(gòu)也會放松，從而進一步阻止氯離子返回外部的通道。Nogly說，“在這個運輸過程中，兩個分子門確保氯離子只向一個方向移動，即向內(nèi)部移動。”一個泵送過程總共需要大約100毫秒。

兩年前，Nogly、論文共同作者J?rg Standfuss和他們的團隊揭示了另一種**光驅(qū)動泵--- Krokinobacter eikastus的鈉泵---的作用機制。這些作者渴望發(fā)現(xiàn)光驅(qū)動泵的細節(jié)，因為這些蛋白是有價值的光遺傳學工具：通過基因工程將它們遞送到哺乳動物的神經(jīng)元中，它們使得通過光控制神經(jīng)元的活動從而研究其功能成為可能。（生物谷 Bioon.com）