利用小角X射线散射(SAXS)技术解析嗜盐菌紫膜光驱动构象变化的分子机制

为解决微生物视紫红质光循环分子机制研究中冷冻捕获技术分辨率受限的问题，来自（未提及机构）的研究人员采用小角X射线散射(SAXS)技术，以嗜盐菌(H. salinarum)紫膜(PMs)为模型，揭示了光照诱导的膜厚度与晶格参数变化。研究发现突变体HsBRE204Q的旋转半径(Rt)显著增加0.2?，野生型HsBR的(1,1)布拉格峰位移Δq~–10–4?–1，为光遗传学工具开发提供新见解。

　　

视紫红质(Rhodopsins)作为广泛存在于细菌、古菌和真核生物中的光敏跨膜蛋白，通过吸收光子引发构象变化，驱动离子转运和信号转导等生理功能。这类蛋白尤其是微生物视紫红质，已成为光遗传学领域的关键工具，在生物医学研究和临床治疗中具有重要应用价值。

为深入理解视紫红质光循环的分子机制，传统冷冻捕获技术(cryotrapping)常因光照诱导的大尺度结构变化导致分辨率下降。本研究创新性地采用小角X射线散射(SAXS)技术，以嗜盐菌(H. salinarum)紫膜(PMs)的二维晶体结构为模型，探究其三维晶体中光诱导的结构变化。实验数据显示：突变体HsBRE_204Q的扁平粒子旋转半径(R_t)出现约0.2?的统计学显著增加，而野生型HsBR虽未检测到R_t变化，但其(1,1)布拉格峰位置发生显著偏移(Δq~–10^–4?^–1，约占峰宽的3%)。值得注意的是，突变体的峰位移幅度虽为野生型两倍，但因样品浓度较低导致误差(ε_Δq)高达50%，使直接比较受限。

该研究证实SAXS可有效捕捉膜蛋白纳米级结构动态，未来通过同步辐射增强信噪比、提高样品浓度和延长曝光时间，将进一步提升检测灵敏度，为光遗传学工具的精准设计提供新思路。