Микробные родопсины - интегральные мембранные белки, которые выполняют светозависимый транспорт протонов и других ионов или сенсорные функции. Они обнаруживаются у архея, бактерий и эукариотических водорослей и включают в себя семь трансмембранных сегментов и хромофор ретиналь. Гены, кодирующие потенциальные ретинальные белки, были выявлены в геномах Грамположительных бактерий Exiguobacterium sibiricum , выделенной из вечномерзлого грунта возрастом 3 млн лет (ESR), термофильной Exiguobacterium AT1b из горячих источников Йеллоустонского Национального парка (ATER) и Exiguobacterium 7-3, также выделенной из многолетнемерзлого грунта (E7_3R). Ранее мы клонировали ген ESR и провели его структурно-функциональную характеристику. Аминокислотная последовательность E7_3R отличается от ESR в семи положениях, а АТЕR - в 39 положениях. Для сравнения свойств ретинальных белков, принадлежащих к близкородственным видам из разных мест обитания, мы экспрессировали ATER и E7_3R в клетках E. coli и исследовали их методом флеш-фотолиза при различных рН. Показано, что фотоцикл ATER и E7_3R отличается от ESR сдвигом рКа образования интермедиата M (депротонированного основания Шиффа) в щелочную область, а также пониженной скоростью его образования. Наблюдаемые различия обсуждаются во взаимосвязи с данными о трехмерной структуре ESR.
ретинальный белок, протеородопсин, Exiguobacterium, основание Шиффа, акцептор протонов, донор протонов, фотоцикл
1. Oesterhelt D., Stoeckenius W. Functions of a new photoreceptor membrane. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A., 1973, vol. 70, pp. 2853-2857.
2. Lanyi J.K. Bacteriorhodopsin. Annu. Rev. Physiol., 2004, vol. 66, pp. 665-688.
3. Skulachev V.P., Bogachev A.V., Kasparinsky F.O. Bacteriorhodopsin. Principles of Bioenergetics, Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2013, pp. 139-156.
4. Lanyi J.K. Proton transfers in the bacteriorhodopsin photocycle. Biochim. Biophys. Acta, 2006, vol. 1757, pp. 1012-1018.
5. Balashov S.P. Protonation reactions and their coupling in bacteriorhodopsin. Biochim. Biophys. Acta (BBA)-Bioenergetics, 2000, vol. 1460, pp. 75-94.
6. Béjà O., Spudich E.N., Spudich J.L., Leclerc M., DeLong E.F. Proteorhodopsin phototrophy in the ocean. Nature, 2001, vol. 411, pp. 786-789.
7. Brown L.S., Jung K.H. Bacteriorhodopsin-like proteins of eubacteria and fungi: the extent of conservation of the haloarchaeal proton-pumping mechanism. Photochem. Photobiol. Sci., 2006, vol. 5, pp. 538-546.
8. Bamann C., Bamberg E., Wachtveitl J., Glaubitz C. Proteorhodopsin. Biochimica et Biophysica Acta (BBA)-Bioenergetics, 2014, vol. 1837, pp. 614-625.
9. Béjà O., Aravind L., Koonin E.V., Suzuki M.T., Hadd A., Nguyen L.P., Jovanovich S.B., Gates C.M., Feldman R.A., Spudich J.L., Spudich E.N., DeLong E.F. Bacterial rhodopsin: Evidence for a new type of phototrophy in the sea. Science, 2000, vol. 289, pp. 1902-1906.
10. Rodrigues D.F., Goris J., Vishnivetskaya T., Gilichinsky D., Thomashow M.F., Tiedje J.M. Characterization of Exiguobacterium isolates from the Siberian permafrost. Description of Exiguobacterium sibiricum sp. nov, Extremophiles, 2006, vol. 10, pp. 285-294.
11. Petrovskaya L.E., Lukashev E.P., Chupin V.V., Sychev S.V., Lyukmanova E.N., Kryukova E.A., Ziganshin R.H., Spirina E.V., Rivkina E.M., Khatypov R.A., Erokhina L.G., Gilichinsky D.A., Shuvalov V.A., Kirpichnikov M.P. Predicted bacteriorhodopsin from Exiguobacterium sibiricum is a functional proton pump. FEBS Lett., 2010, vol. 584, pp. 4193-4196.
12. Balashov S.P., Petrovskaya L.E., Lukashev E.P., Imasheva E.S., Dioumaev A.K., Wang J.M., Sychev S.V., Dolgikh D.A., A.B. Rubin, M.P. Kirpichnikov, Lanyi J.K. Aspartate-histidine interaction in the retinal schiff base counterion of the light-driven proton pump of Exiguobacterium sibiricum. Biochemistry, 2012, vol. 51, pp. 5748-5762.
13. Balashov S.P., Petrovskaya L.E., Imasheva E.S., Lukashev E.P., Dioumaev A.K., Wang J.M., Sychev S.V., Dolgikh D.A., Rubin A.B., Kirpichnikov M.P., Lanyi J.K. Breaking the carboxyl rule: lysine 96 facilitates reprotonation of the Schiff base in the photocycle of a retinal protein from Exiguobacterium sibiricum. J. Biol. Chem., 2013, vol. 288, pp. 21254-21265.
14. Gushchin I., Chervakov P., Kuzmichev P., Popov A.N., Round E., Borshchevskiy V., Ishchenko A., Petrovskaya L., Chupin V., Dolgikh D.A., Arseniev A.S., Kirpichnikov M., Gordeliy V. Structural insights into the proton pumping by unusual proteorhodopsin from nonmarine bacteria. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A., 2013, vol. 110, pp. 12631-12636.
15. Petrovskaya L., Balashov S., Lukashev E., Imasheva E., Gushchin I.Y., Dioumaev A., Rubin A., Dolgikh D., Gordeliy V., Lanyi J. ESR - A retinal protein with unusual properties from Exiguobacterium sibiricum. Biochemistry (Moscow), 2015, vol. 80, pp. 688-700.
