ДЕЙСТВИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ НА ПЛЕНКИ МОДИФИЦИРОВАННОГО БАКТЕРИРОДОПСИНА
Лукашев Е. П., Колоднер П.
Кафедра биофизики биологического факультета МГУ им. М.В.Ломоносова, Москва 119899; Белл-лаборатория, Люсент Технолоджи Инкорпорейтед, 07974 Муррей Хилл, США
Бактериородопсин (БР),
белок из солелюбивых бактерий Halobacterium
salinarium,
состоит из
семи б-спиралей,
которые образуют в так называемых пурпурных мембранах (ПМ) светозависимый
протонный канал. Хромофором является ретиналь, связанный с белком
через протонированное основание Шиффа. Этот протон в БР дикого
типа бактерий удерживается очень прочно, на что указывает высокое
значение рК (более 13). Однако существует целый ряд мутантов
и аналогов БР, в которых протон основания Шиффа обладает гораздо
меньшей афинностью с рК в диапазоне 7-9. В настоящей работе
мы показали принципиально новый эффект в действии внешнего электрического
поля на пленки БР - депротонирование шиффова основания с
образованием М-подобной формы. Мы описали такой переход для мутанта
D85N с натуральным
ретиналем (2) и 4-кетоаналогом (3). Очевидно, небольшого
падения рК во внешнем электрическом поле уже достаточно в этом
случае для отрыва не прочно связанного протона и переноса его
на ближайший аминокислотный остаток, который может служить акцептором.
Глубина изменений поглощения составляла около 20%, что позволило
нам рассматривать этот эффект с практической точки зрения при
создании новых электрохромных материалов для дисплеев ("электронные
чернила"). Принципально сходные результаты были получены
и на пленках с 13-диметил-11,14-эпокси-ретиналь аналогом БР дикого
типа и двойном мутанте D85N/E204Q,
имеющих также низкое значение рК для шиффова основания.
Было показано, что в ориентированных методом электрофоретического
осаждения пленках эффект поля имеет векторный характер, при котором
перенос протона происходит в направлении акцепторного участка
канала. Сравнение результатов с простой физической моделью изменения
равновесия протонированного состоянии ретиналя дает электроиндуцированное
изменение рК от 1 до 2 единиц в поле порядка 6 105 В/см.
Работа выполнена при финансовой поддержке гранта
CRDF RB1-174.