2022年2月6日訊/生物谷BIOON/---許多**和單細胞藻類的細胞膜上有稱為光驅動泵的蛋白：當暴露在光子下時，它們會改變形狀，從而可以將帶電的原子運進或運出細胞。多虧這些光驅動泵，擁有它們的單細胞可以適應環境的pH值或鹽度。

Nonlabens marinus就是這樣一種**，它于2012年**在太平洋中發現。它的細胞膜上有一種視紫紅質（rhodopsin）蛋白，可以將氯離子從細胞外輸送到細胞內。就像在人眼里一樣，當暴露在光線下時，與這種蛋白結合的視黃醛分子會發生異構化。這種異構化啟動了這種泵送過程。

如今，在一項新的研究中，來自瑞士蘇黎世聯邦理工學院和保羅謝勒研究所等研究機構的研究人員對Nonlabens marinus的氯離子泵如何發揮作用有了詳細的了解。相關研究結果于2022年2月3日在線發表在Science期刊上，論文標題為“Dynamics and mechanism of a light-driven chloride pump”。論文通訊作者為蘇黎世聯邦理工學院的Przemyslaw Nogly博士。

Nogly和他的團隊在保羅謝勒研究所的兩個大型研究設施--瑞士光源SLS和X射線自由電子激光器SwissFEL---上進行了實驗。基于瑞士光源SLS的時間分辨串行晶體學研究了毫秒范圍內的較慢的動力學，而在SwissFEL捕捉到了較快的*高達皮秒的事件，然后將這兩組數據組合在一起。

Nogly說，“在這篇論文中，我們利用了兩個*先進的設施的優勢來講述這種氯離子泵的完整故事。”

沒有倒流

正如這項研究所揭示的那樣，氯離子被Nonlabens marinus細胞膜上視紫紅質的帶正電荷口袋（positively charged patch）所吸引。在那里，氯離子進入這種蛋白，*后與它里面的視黃醛分子的正電荷結合。當視黃醛因光照射而發生異構化并翻轉時，它拖著氯離子移動，從而將氯離子輸送到這種蛋白內部更遠的地方。論文**作者、Nogly團隊博士生Sandra Mous說，“這就是光能直接轉化為動能的方式，觸發了這種離子運輸的**步。”

如今在視黃醛分子的另一側，氯離子已達到了不可逆轉的地步。從這里開始，它只能進一步進入細胞內部。當氯離子沿途移動時，這種蛋白的一個氨基酸螺旋結構也會放松，從而進一步阻止氯離子返回外部的通道。Nogly說，“在這個運輸過程中，兩個分子門確保氯離子只向一個方向移動，即向內部移動。”一個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和他們的團隊揭示了另一種**光驅動泵--- Krokinobacter eikastus的鈉泵---的作用機制。這些作者渴望發現光驅動泵的細節，因為這些蛋白是有價值的光遺傳學工具：通過基因工程將它們遞送到哺乳動物的神經元中，它們使得通過光控制神經元的活動從而研究其功能成為可能。（生物谷 Bioon.com）