关于向内泵送质子的视紫红质的结构机制

《Biophysical Journal》：Structural insights into an inward proton pumping rhodopsin

南极视色素（AntR）的晶体结构揭示其具有独特的长C末端α螺旋，覆盖质子传导路径，影响内质子泵送效率。AntR与已知的XeRs和SzRs在跨膜α螺旋和腔体结构上差异显著，为比较 inward proton pump 和 outward pump 提供新结构依据。该结构解析深化了对SzR类质子传输机制的理解，并区分于传统视色素类型I和II。

　　

摘要

两类在系统发育上不同的微生物视紫红质具有光诱导的质子内向转运能力，分别是异视紫红质（XeRs）和裂视紫红质（SzRs）。然而，关于这些质子泵的结构信息仍然有限，因为迄今为止仅确定了三种异视紫红质的结构：Nanosalina异视紫红质（NsXeR）、Bacillus coahuilensis异视紫红质（BcXeR）以及Lokiarchaeota古菌裂视紫红质-4（SzR4）。相比之下，已有多种外向质子泵视紫红质的结构数据，这为广泛的结构-功能比较提供了便利，但也限制了对内向质子泵结构变异的研究。在这里，我们报道了一种光驱动的内向质子泵视紫红质——南极视紫红质（AntR）的晶体结构，它是SzR类成员的代表。由于AntR的视网膜构象依赖于pH值，因此我们在酸性和碱性条件下对其进行了结晶。晶体结构显示其具有短的跨膜α螺旋和较大的充满水的腔体，这些特征与SzR4相似，但与NsXeR和BcXeR有显著差异。AntR还具有一条延伸至细胞质中的长C端α螺旋，该螺旋覆盖了质子传导路径，这一特征在其他微生物视紫红质中尚未观察到。切除这条细胞质α螺旋会降低其内向质子转运效率。结合结构数据和功能研究结果以及现有的突变数据，我们提出了AntR可能的质子转运机制。AntR的结构揭示了SzRs类视紫红质的保守性和独特性特征，同时也突出了它们与I型视紫红质和heliorhodopsins之间的结构差异。

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