Y186F突变对光受体蛋白古紫质-4质子传输和能量转换的影响

光驱动质子泵是一类以视黄醛为主要发色团的七-跨膜光敏受体蛋白,其功能是利用质子由胞内输送到胞外所形成的氢离子浓度梯度,通过ATP的合成将光能转化为化学能。本研究以细菌古紫质-4(archaerhodopsin-4,a R4)为研究对象,旨在探究位于视黄醛结合口袋的芳香性残基酪氨酸186(Y186)对其质子泵功能以及能量转换效率的影响。利用重叠延伸PCR技术构建Y186F~L33-a R4突变体,并通过紫外-可见光吸收光谱、动力学瞬态吸收光谱以及ATP生成率测定等手段,对RC~L33-a R4(recombinant a R4)和Y186F~L33-a R4突变体进行对比研究。研究表明,相较于RC~L33-a R4,Y186F~L33-a R4突变体的紫外-可见光谱最大吸收峰发生了4 nm的蓝移,M中间态寿命延长了约5倍,O中间态寿命则延长了约2倍,同时突变之后造成了质子泵功能的明显减弱。此外,相较于重组RC~L33-a R4菌株,Y186F~L33-a R4突变体菌株的ATP生成率约降低了36.5%。因此可以判定,位于视黄醛结合口袋的Y186是一个对质子传输和能量转换起重要作用的芳香性残基     

D97N突变对光受体蛋白古紫质4质子泵和能量转换效率的影响

古紫质4(archaerhodopsin 4,aR4)是新近发现的古生菌Halobacterium species xz515红膜上唯一的光敏视黄醛蛋白,具有和细菌视紫红质(Bacteriorhodopsin,bR)相似的质子泵功能,但在中性p H条件下,其质子释放和摄取顺序与bR相反。针对质子供体天冬氨酸97(Aspartic acid 97,D97)对aR4光循环;特别是对质子释放摄取顺序和菌株ATP生成率的影响,采用基因定点突变技术,构建了aR4的单突变体D97N,以及相对应的bR单突变体D96N。采用紫外-可见吸收光谱和闪光动力学光谱技术初步研究突变对视黄醛键合区、光反应中间态M态和O态、质子泵功能以及菌株ATP生成率的影响。结果表明,D97N突变对视黄醛紫外-可见光吸收波长没有太大影响,但造成M态衰减时间的显著延长、质子泵功能的消失及菌株ATP的生成率大幅降低。与bR中的D96作用相比,D97对aR4质子功能的影响有所不同,这可能与D97所处的一个更为疏水性的胞外侧环境有关。