Dynamics and mechanism of a light-driven chloride pump

氯化物 离子运输机 离子 视紫红质 分子动力学 化学 离子泵 化学物理 位阻效应 电子传输链 光谱学 生物物理学 光化学 物理 计算化学 立体化学 视网膜 生物化学 有机化学 生物 量子力学
作者
Sandra Mous,Guillaume Gotthard,D. Ehrenberg,Saumik Sen,Tobias Weinert,Philip J. M. Johnson,Daniel James,Karol Nass,Antonia Furrer,Demet Kekilli,Jiro Nakayama,Steffen Brünle,Cecilia M. Casadei,Isabelle Martiel,Florian Dworkowski,Dardan Gashi,Petr Skopintsev,Maximilian Wranik,G. Knopp,Ezequiel Panepucci,Valérie Panneels,Claudio Cirelli,D. Ozerov,Gebhard F. X. Schertler,Meitian Wang,Christopher J. Milne,J. Standfuss,Igor Schapiro,Joachim Heberle,Przemysław Nogły
出处
期刊:Science [American Association for the Advancement of Science]
卷期号:375 (6583): 845-851 被引量:60
标识
DOI:10.1126/science.abj6663
摘要

Chloride transport by microbial rhodopsins is an essential process for which molecular details such as the mechanisms that convert light energy to drive ion pumping and ensure the unidirectionality of the transport have remained elusive. We combined time-resolved serial crystallography with time-resolved spectroscopy and multiscale simulations to elucidate the molecular mechanism of a chloride-pumping rhodopsin and the structural dynamics throughout the transport cycle. We traced transient anion-binding sites, obtained evidence for how light energy is used in the pumping mechanism, and identified steric and electrostatic molecular gates ensuring unidirectional transport. An interaction with the π-electron system of the retinal supports transient chloride ion binding across a major bottleneck in the transport pathway. These results allow us to propose key mechanistic features enabling finely controlled chloride transport across the cell membrane in this light-powered chloride ion pump.
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