Acetabularia-Rhodopsin, eine lichtgetriebene Protonenpumpe aus einem autotrophen Eukaryoten

Abstract

Ein Rhodopsin aus Acetabularia acetabulum (AR) wird mit molekulargenetischen und elektrophysiologischen Mitteln charakterisiert. Mithilfe der reversen Transkription und der Polymerasekettenreaktion wurde auf der Grundlage einer veröffentlichten, unvollständigen Sequenz, das gesamte Transkript eines Opsins in Form komplementärer Desoxyribonukleinsäure isoliert, kloniert und sequenziert. Das aus der abgeleitete Aminosäurensequenz resultierende hypothetische Protein hat eine mit den Rhodopsinen des Typs 1 übereinstimmende Primär- und Sekundärstruktur. Die Aminosäurensequenz von AR zeigt 21% Identität und 38% Ähnlichkeit mit Bacteriorhodopsin. Es scheint außer den für Rhodopsine typischen sieben transmembranen Helices noch ein weiteres Transmembransegment in Nähe des C-Terminus zu besitzen. Aufgrund charakteristischer konservierter Aminosäuren im aktiven Zentrum des Proteins wird in AR eine lichtgetriebene Protonenpumpe vermutet. Um AR elektrophysiologisch zu charakterisieren, wurde es in Oozyten von Xenopus laevis funktionell exprimiert. Voltage-clamp-Untersuchungen bestätigten den lichtgetriebenen Transport von Protonen durch AR gegen ihren elektrochemischen Gradienten. Der stationäre positive Strom ist spannungsabhängig mit einer sigmoiden I(V)-Kurve. AR ist das erste in einem autotrophen Eukaryoten nachgewiesene Rhodopsin, das als aktiver Ionentransporter fungiert. Der lichtinduzierte Strom durch AR zeigt Ähnlichkeiten mit dem schnellen photoelektrischen Effekt in Acetabularia. So folgt die Antwort < 50 μs auf Licht an , hat eine halbmaximale Lichtintensität von > 10^20 Photonen pro Quadratmeter und Sekunde, und das Maximum des Aktionsspektrums liegt bei 520 nm (550 nm in vivo).