Nanosecond Transient IR Spectroscopy of Halorhodopsin in Living Cells

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作者
Sabine Oldemeyer,Mariafrancesca La Greca,Pit Langner,Karoline-Luisa Lê Công,Ramona Schlesinger,Joachim Heberle
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:146 (28): 19118-19127
标识
DOI:10.1021/jacs.4c03891
摘要

The ability to track minute changes of a single amino acid residue in a cellular environment is causing a paradigm shift in the attempt to fully understand the responses of biomolecules that are highly sensitive to their environment. Detecting early protein dynamics in living cells is crucial to understanding their mechanisms, such as those of photosynthetic proteins. Here, we elucidate the light response of the microbial chloride pump NmHR from the marine bacterium Nonlabens marinus, located in the membrane of living Escherichia coli cells, using nanosecond time-resolved UV/vis and IR absorption spectroscopy over the time range from nanoseconds to seconds. Transient structural changes of the retinal cofactor and the surrounding apoprotein are recorded using light-induced time-resolved UV/vis and IR difference spectroscopy. Of particular note, we have resolved the kinetics of the transient deprotonation of a single cysteine residue during the photocycle of NmHR out of the manifold of molecular vibrations of the cells. These findings are of high general relevance, given the successful development of optogenetic tools from photoreceptors to interfere with enzymatic and neuronal pathways in living organisms using light pulses as a noninvasive trigger.
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