由理化学研究所（简称“理研”）生命功能科学研究中心蛋白质功能结构研究团队的组长白水美香子和技术官保坂俊彰、理研放射光科学研究中心分子动画研究团队的组长南后惠理子、理研SACLA利用技术开拓团队的岩田想主任、兵库县立大学研究生院理学研究科的久保稔教授、高亮度光科学研究中心XFEL利用研究推进室的首席研究员登野健介、东京大学研究生院理学系研究科的濡木理教授，以及东京大学大气海洋研究所附属地球表层圈变动研究中心的吉泽晋副教授等人组成的联合研究团队，利用X射线自由电子激光（XFEL）设施SACLA进行高分辨率结构分析，成功阐明了可在太阳光等光的作用下将氯离子输送到细胞内的海洋细菌源光驱动型离子泵视紫质的结构变化。
光驱动型离子泵视紫质NM-R3的立体结构（蓝色圆为正在输送的氯离子，供图：理研）
研究团队通过大肠杆菌无细胞合成系统合成了NM-R3（将氯离子输送到细胞内的蛋白质），并使用含溴离子和碘离子的溶液取代氯离子进行纯化，通过LCP法制备了大量微晶体。当这些微晶体被光照射后，观察到光吸收率在微秒至毫秒的时间单位变化的现象，这表明，即使在晶体中，随着NM-R3的结构发生变化，离子输送机制也会发挥作用。
另外，研究团队为利用XFEL设施SACLA进行时分晶体结构分析，向加入溴离子纯化的NM-R3微晶照射波长为540纳米的绿色激光，收集了1毫秒后的数据。结构分析结果显示，视黄醛的结构变化会引起多个α-螺旋协同运动，由此在细胞质侧形成了离子通过的空间，细胞外侧则观测到了防止离子回流和过度流入的结构变化。
此外，研究团队还利用通过碘离子纯化的NM-R3微晶进行了同样的时分晶体结构分析。由于异常色散效应，碘离子具有比溴离子更容易确定位置的特性。研究团队利用这种特性，尝试确定了照射光后10微秒和1毫秒时输送的碘离子的位置。分析结果显示，10微秒后碘离子移动至存在于helixC中的细胞质侧第102位必须氨基酸苏氨酸（Thr102）附近。
另一方面，1毫秒后碘离子的结合位置消失，这表明已经被排出，并且碘离子排出口附近的细胞质侧的helixC、helixF和helixG周边存在输送碘离子的路径。
白水组长表示：“NM-R3是一种光反应蛋白，能轻松控制其结构变化的起始。然而，大部分蛋白质对光没有反应，因此很难控制酶促反应。今后我们将进一步修饰普通蛋白质，使其对光发生反应，并推进旨在观察更广泛的蛋白质结构变化的研究。”
原文：《科学新闻》
翻译编辑：JST客观日本编辑部
