科学:揭示细菌光驱动氯离子泵的机理

来源：原创网站2022-02-06 12:53

现在，在一项新的研究中，来自瑞士苏黎世联邦理工学院和保罗舍勒研究所的研究人员详细了解了Nonlabens marinus的氯离子泵是如何工作的。相关研究成果于2022年2月3日在线发表在《科学》杂志上。

2022年2月6日/Bion/-许多单细胞藻类的细胞膜上有一种被称为光驱动泵的蛋白质：当暴露在光子下时，它们会改变形状，这样带电原子就可以被运送到细胞内或细胞外。多亏了这些光驱动泵，带有它们的单细胞可以适应环境的酸碱度或盐度。

非拉彭斯海牛就是这样一个物种，2012年首次在太平洋被发现。它的细胞膜上有一种视紫红质蛋白，可以将氯离子从细胞外输送到细胞内。就像在人眼中，当暴露在光线下时，与这种蛋白质结合的类视黄醇分子会发生异构化。异构化启动了泵送过程。

现在，在一项新的研究中，来自瑞士苏黎世联邦理工学院和保罗舍勒研究所的研究人员详细了解了Nonlabens marinus的氯离子泵是如何工作的。相关研究成果于2022年2月3日在线发表在《科学》杂志上，标题为“光驱动氯泵的动力学和机理”。这篇论文的作者是苏黎世联邦理工学院的普热米索诺格利博士。

Nogly和他的团队在保罗舍勒研究所的两个大型研究设施中进行了实验——瑞士光源SLS和X射线自由电子激光Swissfel。基于瑞士光源SLS的时间分辨串行结晶学研究了毫秒级范围内的慢动力学，并在SwissFEL中捕捉到了高达皮秒的快事件，然后将两组数据进行合并。

Nogly说，“在这篇论文中，我们利用两个最先进设施的优势来讲述这个氯离子泵的完整故事。”

无回流

正如这项研究揭示的，氯离子被海洋裸腹溞细胞膜上带正电荷的视紫红质斑块所吸引。在那里，氯离子进入这种蛋白质，最后与其中的视醛分子的正电荷结合。当视网膜醛被光照射异构化和翻转时，它会拖动氯离子移动，从而将氯离子运送到蛋白质内部的其他地方。该论文的第一作者、Nogly团队的博士生Sandra Mous说，“这是光能直接转化为动能的方式，这触发了这种离子传输的第一步。”

离子泵细菌视紫红质，图片来自《分子生物科学前沿》，2015，doi :10 . 3389/fmolb。20039 . 000000000006

目前，在视黄醛分子的另一面，氯离子已经到了不可逆的地步。从这里开始，它只能深入牢房。当氯离子沿途移动时，这种蛋白质的氨基酸螺旋结构也会松弛，从而进一步阻止氯离子返回外部通道。Nogly说，“在这个运输过程中，两个分子门确保氯离子只向一个方向移动，即向内移动。”泵送过程总共需要大约100毫秒。

两年前，该论文的合著者Nogly、Jrg Standfus和他们的团队揭示了另一种光驱动泵的工作机制Kronobacter Eikastus的钠泵。这些作者渴望发现光驱动泵的细节，因为这些蛋白质是有价值的光学工具：它们通过基因工程被输送到哺乳动物神经元，它们使通过光控制神经元的活动来研究它们的功能成为可能。(100yiyao.com 100医疗网)

参考文献：

Sandra Mous等人。Science，2022，doi :10.1126/science . abj 6663。

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