Ormos Pál

IV.2. A bakteriorodopszin szerkezete, működése

14. ábra

A bakteriorodopszin fehérjemolekula egyedül végzi a fényenergia átalakítását, az alapvető fizikai folyamatok tanulmányozására ezért különösen alkalmas. A fehérje kétszázötven aminosavból álló lánc, a kisebb fehérjék közül való. Bíbor színét egy hozzá kapcsolódó adalék festékmolekula, a retinal adja. A retinal közönséges festékanyag, ilyen molekulától ered a répa sárga színe. Ez tulajdonképpen az A-vitamin egyik formája, melynek jelentőségéről később még beszélek. A retinalmolekula fény elnyelésének hatására megváltoztatja alakját (lásd az ábrán) - az alakváltozás a fényenergia átalakításának első lépése. A későbbiekben a retinal és a fehérje csatlakozásánál levő csoport (ez nagyjából a membrán közepén, a pumpálás "félútján" található) lead egy protont.

Video: A retinalmolekula fényelnyelése (avi, 1 MB)

A proton néhány lépésben kijut a membránon kívülre, majd a folyamat végeztével a bakteriorodopszin protont vesz fel a másik oldalról, így áll vissza az eredeti helyzet. A ciklikus protonpumpálás iránya meghatározott, akkor is belülről kifele zajlik, ha a külső oldalon több proton van. A molekula működésének vizsgálata az egyes lépések azonosítását, jellemzését jelenti. Tudjuk, hogy a protonok különböző aminosav-oldalláncokon lépkedve haladnak végig a molekulán, ezeket ma már ismerjük. A fehérje speciális szerkezete biztosítja, hogy a protonok csak a megfelelő irányba haladjanak. Lényeges lépése a pumpálásnak, hogy a pumpált proton helye a ciklus első felében a külső térrész fele, a végén pedig a belső térrész fele nyitott. Ezt a fehérje úgy biztosítja, hogy megfelelő időben megváltoztatja alakját.

Sikerült jellemeznünk e fontos alakváltozás atomi részleteit. Eljárást dolgoztunk ki a kritikus állapotok befagyasztására, és a fehérjék szerkezetének vizsgálatára legalkalmasabb módszer, a Röntgen-szórás alkalmazásával meghatároztuk a szerkezetet az egyes állapotokban. A következő film a fehérje működését kísérő mozgást mutatja be. A filmen jól látható, hogy általában mennyire is mozog egy fehérje működés közben.

Video: Fehérje működését kísérő mozgás (avi, 1,4 MB)

A bakteriorodopszin tehát fénnyel hajtott molekulagépnek tekinthető, melynek működésében a mechanikus elemeknek nagy szerepük van. Működését az alábbi egymást követő eseményekkel írhatjuk le - persze elnagyolva, de valószerűen: Először a fény elnyelését követően megváltozik a retinal adalékmolekula alakja. Ez az alakváltozás mechanikai feszültséget kelt a fehérjében, így tárolódik először a fény energiája. E feszültségek révén a jóval nagyobb fehérje lassan szintén megváltoztatja alakját. Ezen alakváltozások során egyes protonátadó csoportok egymáshoz viszonyított helyzete változik, ez protonok rendezett mozgását eredményezi. Nyilvánvalóan kritikus a működés szempontjából, hogy az átrendeződések megfelelő sorrendben kövessék egymást: ezt a fehérjemolekula konstrukciója biztosítja, ez a működés kulcsa.