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细菌视紫红质(Bacteriarhodopsin,bR)是最早发现的研究最为透彻的光受体质子泵蛋白。受光激发后进入光循环,依次产生K,L,M,N,O中间态后最终恢复到光适应态。因其与G-蛋白偶联受体有着相似的七-跨膜结构,常被用作研究G-蛋白偶联受体的天然模型。目前,bR的高分辨晶体结构已获解析,其光循环过程也得到了较为清晰研究,因此成为了其他多种微生物视紫红质结构-功能研究的对比体系。古紫质-4(Archearhodopsin-4,aR4)与bR同属于嗜盐菌科,同源性59%。aR4与bR的视黄醛结合口袋上的关键残基除了F146(M145)之外基本保守。aR4也是一种光受体质子泵蛋白,受光激发后进入光循环,产生一系列中间态,其间伴随着质子传递。aR4与bR一个主要的区别是二者的质子传递时序不同,bR的质子传递是先将质子释放到胞外再从胞内吸收质子,而aR4则是先从胞内吸收质子然后再向胞外释放。甲硫氨酸-145(Methionine 145,M145)是bR视黄醛键合区的一个重要残基,对光循环有重要意义。在aR4中与M145相对应的是苯丙氨酸-146(Phenylalanine 146,F146),是二个蛋白视黄醛结合口袋中唯一一个不同的残基。因此,以此为切入点通过对比分析深入探究这一残基位点对aR4光循环影响的分子机制,不仅可以丰富我们对生物多样性的认识,同时也有助于其应用研发。本文采用定点突变技术构建M145F-bR和F146M-aR4突变体,采用紫外-可见光谱、动力学光谱、质子泵检测、pH滴定、红外光谱、固体核磁、粒度分析和ATP测定等多种实验手段从不同层面对蛋白分子量、活性、光循环中间态以及质子泵功能进行了多角度的探究。研究发现,M145F-bR与L33-bR相比,视黄醛顺反异构比例反式占优,比例接近aR4,中间态M态及O态信号减弱,L态消失,质子泵功能下降,与aR4相类似。F146M-aR4与L33-aR4相比,视黄醛顺反异构比例顺式占优,更接近bR,但中间态变化不显著,视黄醛烯烃链变化与bR类似,表明M145突变对bR视黄醛键合区产生的影响大于F146突变对aR4视黄醛键合区产生的影响,可能的原因是bR键合区残基间的相互作用较aR4大,残基间的联系较为紧密,空腔较为刚性,而aR4的键合区更为松散,所以残基突变后对其他残基影响不大。