2022年2月6日訊/生物谷BIOON/---許多**和單細(xì)胞藻類的細(xì)胞膜上有稱為光驅(qū)動(dòng)泵的蛋白：當(dāng)暴露在光子下時(shí)，它們會(huì)改變形狀，從而可以將帶電的原子運(yùn)進(jìn)或運(yùn)出細(xì)胞。多虧這些光驅(qū)動(dòng)泵，擁有它們的單細(xì)胞可以適應(yīng)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(xì)胞膜上有一種視紫紅質(zhì)（rhodopsin）蛋白，可以將氯離子從細(xì)胞外輸送到細(xì)胞內(nèi)。就像在人眼里一樣，當(dāng)暴露在光線下時(shí)，與這種蛋白結(jié)合的視黃醛分子會(huì)發(fā)生異構(gòu)化。這種異構(gòu)化啟動(dòng)了這種泵送過程。

如今，在一項(xiàng)新的研究中，來自瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院和保羅謝勒研究所等研究機(jī)構(gòu)的研究人員對(duì)Nonlabens marinus的氯離子泵如何發(fā)揮作用有了詳細(xì)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(biāo)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(xué)院的Przemyslaw Nogly博士。

Nogly和他的團(tuán)隊(duì)在保羅謝勒研究所的兩個(gè)大型研究設(shè)施--瑞士光源SLS和X射線自由電子激光器SwissFEL---上進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)?；谌鹗抗庠碨LS的時(shí)間分辨串行晶體學(xué)研究了毫秒范圍內(nèi)的較慢的動(dòng)力學(xué)，而在SwissFEL捕捉到了較快的*高達(dá)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(gè)*先進(jìn)的設(shè)施的優(yōu)勢(shì)來講述這種氯離子泵的完整故事?！?

沒有倒流

正如這項(xiàng)研究所揭示的那樣，氯離子被Nonlabens marinus細(xì)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(jìn)入這種蛋白，*后與它里面的視黃醛分子的正電荷結(jié)合。當(dāng)視黃醛因光照射而發(fā)生異構(gòu)化并翻轉(zhuǎn)時(shí)，它拖著氯離子移動(dòng)，從而將氯離子輸送到這種蛋白內(nèi)部更遠(yuǎn)的地方。論文**作者、Nogly團(tuán)隊(duì)博士生Sandra Mous說，“這就是光能直接轉(zhuǎn)化為動(dòng)能的方式，觸發(fā)了這種離子運(yùn)輸?shù)?*步。”

如今在視黃醛分子的另一側(cè)，氯離子已達(dá)到了不可逆轉(zhuǎn)的地步。從這里開始，它只能進(jìn)一步進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)部。當(dāng)氯離子沿途移動(dòng)時(shí)，這種蛋白的一個(gè)氨基酸螺旋結(jié)構(gòu)也會(huì)放松，從而進(jìn)一步阻止氯離子返回外部的通道。Nogly說，“在這個(gè)運(yùn)輸過程中，兩個(gè)分子門確保氯離子只向一個(gè)方向移動(dòng)，即向內(nèi)部移動(dòng)。”一個(gè)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(tuán)隊(duì)揭示了另一種**光驅(qū)動(dòng)泵--- Krokinobacter eikastus的鈉泵---的作用機(jī)制。這些作者渴望發(fā)現(xiàn)光驅(qū)動(dòng)泵的細(xì)節(jié)，因?yàn)檫@些蛋白是有價(jià)值的光遺傳學(xué)工具：通過基因工程將它們遞送到哺乳動(dòng)物的神經(jīng)元中，它們使得通過光控制神經(jīng)元的活動(dòng)從而研究其功能成為可能。（生物谷 Bioon.com）