生化科技學系微生物學組專題討論

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1、生化科技學系微生物學組專題討論題目:InteractionoftheHalobacterialTransducertoaHalorhodopsinMutant-EngineeredsoastoBindtheTransducer:ClCirculationWithintheExtracellularChannel作者：ChisaHasegawa,TakashiKikukawa,SeijiMiyauchi,AkiteruSeki,YukiSudo,MegumiKubo,MakotoDemuraandNaoki

2、Kamo文章來源：PhotochemistryandPhotobiology,2007,83:293-302演講人：Yung-NingChang張詠寧B93B02044指導老師：Chii-ShenYang,Ph.D.楊啟伸博士演講日期：November13th,2007演講地點：The6thclassroom摘要Natronomonaspharaonis為一嗜鹽古細菌，此古細菌具有兩種視紫紅質(rhodopsin)halorhodopsin與phoborhodopsin。Halorhodopsin(簡稱p

3、hR)是一光驅動性氯離子幫浦，可將氯離子由胞外送入胞內。Phoborhodopsin(簡稱ppR)則屬於sensoryrhodopsinII，可偵測近紫外線短波長光而引發細胞負趨向性；其中負趨向性的產生，主要是由連接於ppR上之transducer(pHtrII)活化磷酸化梯瀑反應，進而調節鞭毛系統，使菌體遠離危險光源。此兩種rhodopsin型態類似；皆具有7個穿膜區，且蛋白質中央都包埋一個視黃醛分子(retinal)，但兩者的功能與光週期性質截然不同。前人研究發現若突變phR上兩個胺基酸phR(P24

4、0T/F250Y)，此雙突變體可和pHtrII結合。本篇作者進一步將phR1-159P240T/F250Y與縮短之pHtrII(pHtrII)分別表現在爪蟾卵母細胞(Xenopuslaevisoocyte)中，利用雙電極電壓鉗檢測此複合體的光電流大小，發現當兩者形成複合體時電流強度明顯下降。此外作者也使用E.coliBL21(DE3)菌株phR1-159大量表現P240T/F250Y與pHtrII，純化蛋白質後以雷射閃光快速光譜分析此複合體之光週期，定義出4個動力學狀態及順序：phR→P1→P2→P3→p

5、hRP4→phR。在未突變phR與雙突變體P240T/F250Y中，其P3狀態含有X和phR1-159O兩種中間體；但在P240T/F250Y與pHtrII形成複合體後，其P3狀態沒有X-中間體存在。作者認為非但X-中間體可能具有胞內面氯離子結合位，1-159pHtrII的結合也會阻止X-中間體形成，因而截斷氯離子的傳送導致光電流減phR少。也就是說，在P240T/F250Y:pHtrII複合體狀態，氯離子會不斷地在胞外循環，不會傳入胞內。最後，作者整合所有實驗結果推論出可能的phR光週期機制，並從蛋白質

6、構形變化的角度重新解釋pHtrII抑制氯離子傳輸的原因。1PDF檔案使用"pdfFactory"試用版本建立www.ahasoft.com.tw/FinePrint前言w本研究之重要性Halorhodopsin和另一也常出現於古嗜鹽菌的氫離子幫浦bacteriorhodopsin(簡稱bR)非常類似，其差異幾乎只存在於負責離子結合的胺基酸上。既然是離子幫浦，便可產生電流；因此我們可以利用兩者運輸離子的能力製造奈米等級的生物電池。此生物電池最大的好處是照光就可以通電，也不必擔心污染問題。在做此應用前必須透徹

7、瞭解其光週期性質，才能掌握這項特色。本篇即探討NatronomonaspharaonishR的光週期機制，使用突變方法間接推測氯離子傳輸路徑。w前人作過的研究Halorhodopsin最早在Halobacteriumsalinarum發現，是一個基態吸收峰在578nm，且具有顏色的膜蛋白(1)。hR以視黃醛作為發色團，視黃醛受光激發後，會isomerization進而引發一連串蛋白質結構的變化而後回到原態；這一連串的結構變化稱為一個光週期。不只hR有此特性，另外三個古生菌所具有的rhodopsin：sen

8、soryrhodopsinI(SRI)，sensoryrhodopsinII(SRII，本篇之ppR也是SRII)及bacteriorhodopsin(bR)也都具有光週期特性。這四個rhodopsin不僅蛋白質折疊情況類似，且其作為發色團的視黃醛分子皆以Schiffbase形式接在第七個helix上一個高度保留的Lys上，這個特性也成為判別是否為光受體之標準。在功能方面，hR和bR都是離子幫浦；SRI調節菌體的正向與負趨向性