Особенности и механизмы фотоэнергетических реакций бактериородопсина и пигмента родопсина. Бактериородопсин - пигмент пурпурных мембран галофильных бактерий.
Он создаёт трансмембранный градиент протонов за счёт энергии света, далее этот градиент используется для синтеза АТФ. Мембрана Halobacterium halobium - бактерии соленых вод, принадлежащей к Archebacteria, может быть разделена на три фракции желтую, красную и пурпурную. Пурпурная фракция образует кристаллы, которые можно исследовать с помощью электронного микроскопа.
Помимо липидов она содержит белок весом 26 кДа. Поскольку фракция образует плоские кристаллы, структуру белка можно исследовать в атомарных деталях. Из-за светочувствительности и семидоменной змеевидной структуры эти белки называют бактериородопсином. Он работает как фотоактивируемый протонный насос, пересекающий бислой в виде семи альфа-спиралей. В настоящее время он изучен лучше всех родопсинов. Как и все другие родопсины, он состоит из семи плотно упакованных a-спиралей, пронизывающих мембрану.
Как и другие родопсины, этот белок непрочно связан с хромофором ретиналем. При высоких напряженностях кислорода происходит переключение на фотосинтез. Протоны, необходимые для этого процесса, переносятся через мембрану бактериородопсином, который действует как протонный насос, управляемый светом. Можно показать, что на каждый поглощенный фотон изнутри наружу через мембрану переносятся два протона. Механизм насоса явился предметом многочисленных исследований.
Известно, что ретиналь связан шиффовым основанием как и в зрительнрых пигментах животных с лизином 216 К216 опсина и контактирует с шестью из семи трансмембранных спиралей. Ретиналь имеет транс-конформацию и располагается в туннеле между спиралями, блокируя, таким образом, поток протонов. В механизме протонового насоса происходит преобразование транс-конформации в 13-цис- конформацию ретиналь изгибается в опсиновом туннеле и переносит протон с цитоплазаматической стороны на внеклеточную.
В отличие от родопсинов сетчатки позвоночных, ретиналь не отсоединяется от опсинового апопротеина. Аминокислотная последовательность бактериородопсина сильно отличается от опсинов животных, что позволяет допустить их независимое эволюционное происхождение. Это подтверждается тем, что ретиналь бактерии образует 13-цис-конфигурацию, а не 11-цис-конфигурацию, как в опсинах животных. Тем не менее, сама по себе конформация бактериородопсина показывает, что он принадлежаит к вездесущему надсемейству семидоменных змеевидных белков, которые вовлечены в огромное число процессов в царстве животных.
Фотопревращения родопсина Если исходить из 11-цис 12-s-цис-исходной формы ретиналя, то начальная стадия фотолиза родопсина включает следующие изменения конформации ретиналя 11-цис, 12-s-цис11-транс, 12-s-цис11-транс, 12-s-транс. Смещение протона осуществляется на ранней стадии фотолиза, которая, таким образом, не может быть сведена лишь к обычной цис-транс-изомеризации ретиналя. 21.