综述：RNF/NQR氧化还原泵：细菌和古菌中能量转换的多功能系统

这篇综述深入探讨了RNF（Rhodobacter nitrogen fixation complex）和NQR（Na+ -translocating NADH:quinone oxidoreductase）复合物的结构、功能及进化关系，揭示了其通过构象耦合实现电子传递与Na+ /H+ 跨膜转运的独特机制。文章系统总结了RNF/NQR在厌氧菌代谢（如氨基酸发酵、产乙酸、固氮）和病原体能量守恒中的核心作用，并强调其作为新型抗生素靶点的潜力。

　　

RNF/NQR氧化还原泵：细菌能量转换的分子机器

引言
在化能营养微生物中，ATP合成与底物氧化和电子受体还原紧密关联。RNF复合物（又称NFO）作为膜结合氧化还原酶，催化还原型铁氧还蛋白（Fd^2-
）与NAD⁺
的氧化反应，同时建立电化学Na⁺
或H⁺
梯度。其逆向反应则利用该梯度驱动NADH还原铁氧还蛋白，为固氮等过程提供低电位电子。

生理功能：从代谢到致病

1. 梭菌属的能量守恒
   Clostridium tetanomorphum的RNF在谷氨酸发酵中通过氧化12个Fd^2-
   生成6个NADH，同时转运12个Na⁺
   ，驱动约1.75 ATP合成。其晶体结构显示，核心亚基RnfAEDG形成跨膜电子传递路径。

2. 产乙酸菌的碳固定
   Acetobacterium woodii的RNF将Wood-Ljungdahl途径中产生的Fd^2-
   转化为NADH，每分子乙酸合成贡献0.3-0.4 ATP。冷冻电镜结构揭示其Na⁺
   结合位点位于RnfA-E二聚体。

3. 病原体的能量引擎
   Vibrio cholerae的NQR以NADH为电子供体，醌为受体，每循环转运2个Na⁺
   。其独特的醌结合口袋可被抑制剂HQNO靶向，为抗耐药菌药物设计提供新思路。

结构与机制：构象耦合的艺术
RNF/NQR的核心由四个膜蛋白（RnfA/D/E/G或NqrB/C/D/E）构成，包含罕见的跨膜[2Fe-2S]簇、共价FMN和核黄素。电子传递路径呈现“往返跨膜”特征：

• 电子输入模块：RnfB（含[4Fe-4S]簇）或NqrF（含FAD）将电子注入膜内[2Fe-2S]簇。
• 构象开关：RnfA-E二聚体的“内向-外向”转换控制Na⁺
  结合与释放，而RnfG/NqrC的25°旋转桥接电子传递至RnfD/NqrB。
• 离子转运争议：Na⁺
  可能通过RnfD的门控通道（C. tetanomorphum模型）或RnfA-E的二聚体界面（A. woodii模型）转运。

进化与生物技术潜力
NQR由RNF基因复制进化而来，最早出现于拟杆菌门。两者共有的构象耦合机制，为合成生物学改造能量代谢提供了模板。例如，优化RNF可增强产乙酸菌的CO₂
固定效率，而靶向NQR的抑制剂有望对抗ESKAPE病原体。

展望
未来研究需解析更多中间态结构，明确Na⁺
/H⁺
选择性的分子基础。这些古老而精巧的分子机器，将继续为微生物能量学和抗菌治疗开辟新视角。