细菌视紫红质

细菌视紫红质

嗜盐性细菌盐生盐杆菌（Halobacteriumhalo－bium）的紫膜中存在的色素蛋白。分子量2.6万，在1分子中有7条α螺旋链，各链以横断膜的形式与紫膜交织在一起，是内在性（intrinsic）的膜蛋白。作为发色团，与视紫红〔质〕一样都含1分子的视黄醛，因其化学性质与视紫红〔质〕相似，所以称为细菌视紫红质。发色团的视黄醛，在明处为全反式型（明适应型），在暗处为全反式型和13－顺式型1∶1混合存在（暗适应型）。明适应型细菌视紫红质在光的激发下，与视紫红质不同，在一般温度下并不褪色，经过几个中间体再回到原来的全反式型，反复进行同样的光反应循环。伴随光反应循环的进行，氢离子穿越膜向一个方向运输。结果在封闭的膜系统形成穿越膜的氢离子浓度梯度，利用这个浓度梯度ATP ase将ADP和磷酸合成ATP。盐生盐杆菌在厌氧条件下根据上述机制，利用光能产主ATP。

细菌视紫红质的结构研究进展

细菌视紫红质的结构研究进展bR由248个氨基酸组成,其基本结构是垂直于细胞膜表面的A、B、C、D、E、F、G的7个α螺旋,C端在细胞膜内侧,N端在细胞膜外侧[8]。X射线衍射晶体学和电子晶体学一直是研究bR结构的主要技术,bR结构的解析为bR各分支领域研究提供了动力并奠定了基础。1975年,Henderson实验室应用电子显微镜、图象重构和X射线分析技术,首次解析得到分辨率为7!的bR的二维晶体结构[9],这项先驱性的工作为bR以及其它膜蛋白的结构研究奠定了基础。1990年,伴随电子晶体学的发展,bR结构的解析有了突破性的进展。在3.5!分辨率下,得到了bR主链骨架的7个α螺旋的空间结构[10]。1996年,Grigorieff在此基础上又提出了更精确的结构模型[11],但bR的α螺旋以外的结构区域没有得到准确的空间信息。1997年,YoshiakiKimura等人利用低温电子显微镜首次揭示了bR的表面结构信息[12]。在3!地分辨率下,连接7个α螺旋的区域呈现明显的反平行β折叠、β转角和伸出膜外的α螺旋的长链部分,同时得到了质子通道内部以及bR表面的电荷数量和分布的情况,如图1所示[12]。同年,EvaPebay-Peyroula及其合作者利用X射线晶体衍射技术,得到了更高分辨率(2.5!)的结构信息[13],并首次给出了在质子通道内部的水分子的位置

细菌视紫红质的折叠研究

Oesterhelt . D 于1974 年首先开展了bR 的折叠的研究[25 ] , 随后1980 、1981 年, Huang 的

研究可谓是膜蛋白折叠的经典工作[26 ,27 ] 。他们应用了同位素标记、SDS 琼脂糖电泳、CD 、NMR

等多种手段, 在确定bR 重折叠终产物时除使用可见光吸收表征以外, 还检测了质子泵功能,

从多方面证明了当重折叠产物吸收峰达到560nm 附近时, 该产物形成与天然bR 结构相似的单体和有功能的状态,为bR 重折叠的简单检测奠定了基础。

研究膜脂在蛋白折叠中的作用是目前有关bR 折叠的主要工作, 其基本研究思路是将视

蛋白(去视黄醛的bR) 重组于紫膜的天然脂、人工脂或混合脂的微团中, 与游离的或用微团包

裹的视黄醛进行重组, 通过研究蛋白折叠早期事件的经典方法, 并检测光吸收来确定折叠终

点。

1993 年, Siro kman G[28 ] 将视蛋白和视黄醛通过去垢剂/ 脂微团混合得到最大吸收峰为550nm 的产物, 其质子泵功能与野生型bR 相同, 对bR 的修饰并不会影响质子泵功能和最大吸收峰。

随后的荧光光谱法(1995 Boot h) 、CD(1996 Sugiyama) 、F TIR (1997 Ruedi2ger) 、光二极管阵列(1998 Farooq) 等技术也用于跟踪bR 在去垢剂/ 脂微团中的折叠事件[29 - 32 ] 。

Boot h 等人1995 - 2000 年的工作对膜脂/ 去垢剂系统在膜蛋白折叠中的作用进行了系统的研究, 他们发现膜脂对于折叠过程中的蛋白质的作用力似乎控制着其中的特殊事件。1997 年Boot h 等人发现:蛋白折叠的限速步骤对DMPC/ DHPC 微团中DMPC 的相对含量和水相的p H 有依赖性, 此说明控制bR 折叠过程中的限速步骤是通过脂双层的压缩密度和pH 来实现的[33 ] 。2000 年,该小组又进一步探讨了膜蛋白折叠过程中的折叠中间体,发现存在两个可以相互转换的视黄醛- 视蛋白中间体(最大吸收峰在380nm 和440nm) ,用216 位的赖酸突变体研究进一步说明上述中间体中的视黄醛和视蛋白的结合是非共价的, 且此中间体折叠至完好的bR 的过程与视黄醛的浓度无关。他们认为膜蛋白的多步折叠途径是p H 依赖性的,在bR 的折叠过程中存在至少两个折叠中间体[34 ] 。

Yamaguchi 等人于2000 年,通过13C - NMR 技术研究Ala - 和Val - 标记的羟氨漂泊型和野生型的视蛋白与视黄醛结合,正确折叠时蛋白骨架变化的情况[35 ] 。发现当bR 重组到脂双

层后与视黄醛的结合对于正确折叠是至关重要的。有关bR 折叠的机制研究在国际上正逐步成为热点, 相关的成果将为膜蛋白折叠研究提供新的思路和启发。

细菌视紫红质的结构

侧面图