Cambios estructurales de femtosegundos a milisegundos en una bomba de sodio accionada por luz

Área de la Ciencia:

• La biofísica
• Biología estructural
• Optogenética

Sus antecedentes:

• Las bombas de sodio impulsadas por luz, como Krokinobacter eikastus rhodopsin 2 (KR2), son cruciales para la conversión de energía microbiana y valiosas herramientas optogenéticas.
• Estudios anteriores resolvieron las estructuras en estado de reposo de KR2, pero los cambios estructurales dinámicos que permiten el transporte activo de sodio siguen sin estar claros.

Objetivo del estudio:

• Para aclarar la dinámica estructural de resolución temporal de la bomba de sodio KR2 durante su fotociclo.
• Para comprender los mecanismos moleculares de la translocación de sodio impulsada por la luz a través de las membranas celulares.

Principales métodos:

• Cristalografía en serie de rayos X en el láser suizo de rayos X de electrones libres.
• Recopilación de datos con resolución de tiempo en un rango de retrasos de la sonda de bombeo (de femtosegundos a milisegundos).
• Integración de datos estructurales con métodos espectroscópicos y cálculos químicos cuánticos.

Principales resultados:

• Las instantáneas de alta resolución capturaron los cambios estructurales de KR2 de femtosegundos a milisegundos.
• La isomerización de la retina y los reordenamientos de las bolsas de unión se produjeron en nanosegundos.
• Una puerta electrostática se abrió en microsegundos, seguida de una unión transitoria de sodio cerca de la retina.
• Se identificó un segundo sitio potencial de unión de sodio cerca de la salida extracelular a los 20 milisegundos.

Conclusiones:

• El estudio proporciona una visión molecular sin precedentes en el proceso dinámico de transporte de sodio impulsado por la luz.
• Se han identificado los principales elementos estructurales intermedios y los plazos que rigen la función de KR2.
• Mejora la comprensión de los mecanismos de transporte de cationes activos y el funcionamiento de las herramientas optogenéticas.