用于可视化蛋白质的新荧光探针。第三部分：探测辅助通道及配体转运的逐步激活模型

《Journal of Fluorescence》：New Fluorescent Probes for Visual Proteins. Part III. Probing Auxiliary Gateways and the Stepwise Activation Model of Ligand Transport

摘要

本研究利用荧光探针L1（一种合成的视黄醛类似物）对牛视觉色素中的辅助配体转运途径进行了功能表征。虽然结构研究已经确定了潜在的进入通道A孔和B孔，但这些途径如何调节视黄醛流动的动态过程仍不清楚。我们利用L1独特的光物理特性，特别是其双荧光特性和对局部介电环境的敏感反应，来探测视蛋白和视紫红质的表面下反应性门控结构。在蛋白质通道的刚性、疏水环境中，L1探针的荧光量子产率显著增加，在牛视蛋白中达到了\(\:{1.74\times\:10}^{-2}\)，这相对于水溶液状态有了显著提升。这种增强直接反映了探针的机械平面化作用，有效地阻断了在流体溶剂中普遍存在的非辐射性分子内电荷转移（TICT）状态。竞争性滴定和时间分辨动力学分析揭示了配体转运机制中的一个关键化学计量转变。我们的结果表明，辅助结合位点充当高容量的分子缓冲器，可以容纳多达七个当量的L1探针而不妨碍主要的视觉循环。然而，超过这一阈值会导致明显的“饱和悬崖”现象，此时辅助通道变得饱和并成为动力学瓶颈。当L1的浓度达到20当量时，天然视紫红质的恢复效率仅降至10.5%，这为这些途径的门控性质提供了功能证据。互斥抑制实验证实，L1和11-cis-视黄醛使用相同的表面下反应性门控网络，而刚性、线性的全反式视黄醛以及较短的L2探针由于几何选择性而被排除在外。这些发现最终提出了一个逐步激活模型，其中辅助位点作为分子储库，调节视黄醛进入主要正交口袋的流动。该模型为“记忆视觉”假说提供了坚实的物理基础，表明这些通道的占据状态决定了强光照射后视觉信号的持久性。通过对比牛视觉色素的“开放/门控”结构与细菌视紫红质的“封闭”和刚性结构，我们强调了高效脊椎动物视觉所需的进化特化。

图形摘要

此图像的替代文本可能是由AI生成的。

本研究利用荧光探针L1（一种合成的视黄醛类似物）对牛视觉色素中的辅助配体转运途径进行了功能表征。虽然结构研究已经确定了潜在的进入通道A孔和B孔，但这些途径如何调节视黄醛流动的动态过程仍不清楚。我们利用L1独特的光物理特性，特别是其双荧光特性和对局部介电环境的敏感反应，来探测视蛋白和视紫红质的表面下反应性门控结构。在蛋白质通道的刚性、疏水环境中，L1探针的荧光量子产率显著增加，在牛视蛋白中达到了\(\:{1.74\times\:10}^{-2}\)，这相对于水溶液状态有了显著提升。这种增强直接反映了探针的机械平面化作用，有效地阻断了在流体溶剂中普遍存在的非辐射性分子内电荷转移（TICT）状态。竞争性滴定和时间分辨动力学分析揭示了配体转运机制中的一个关键化学计量转变。我们的结果表明，辅助结合位点充当高容量的分子缓冲器，可以容纳多达七个当量的L1探针而不妨碍主要的视觉循环。然而，超过这一阈值会导致明显的“饱和悬崖”现象，此时辅助通道变得饱和并成为动力学瓶颈。当L1的浓度达到20当量时，天然视紫红质的恢复效率仅降至10.5%，这为这些途径的门控性质提供了功能证据。互斥抑制实验证实，L1和11-cis-视黄醛使用相同的表面下反应性门控网络，而刚性、线性的全反式视黄醛以及较短的L2探针由于几何选择性而被排除在外。这些发现最终提出了一个逐步激活模型，其中辅助位点作为分子储库，调节视黄醛进入主要正交口袋的流动。该模型为“记忆视觉”假说提供了坚实的物理基础，表明这些通道的占据状态决定了强光照射后视觉信号的持久性。通过对比牛视觉色素的“开放/门控”结构与细菌视紫红质的“封闭”和刚性结构，我们强调了高效脊椎动物视觉所需的进化特化。

图形摘要

此图像的替代文本可能是由AI生成的。