古紫质-4（Archaerhodopsin-4,aR4）是一种类似于细菌视紫红质（Bacteriorhodopsin,b R）的光驱质子泵蛋白,同样具有三聚结构。其差异性在于,每个单体除了由一分子视蛋白和一分子的视黄醛发色团共价结合而成外,单体间还镶嵌有一个类胡萝卜素发色团菌红素（Bacterioruberin）,同时二者具有不同的质子传输时序。光照后视黄醛发色团发生all-trans向13-cis异构化,蛋白的构象也随之发生了一系列具有稳定中间态的变化并驱动质子由胞内向胞外的定向传递。苯丙氨酸-146（Phenylalanine-146,F146）和甲硫氨酸-145（Methionine-145,M145）是aR4与b R视黄醛键合区唯一不同的残基。已有研究表明,b R的M145F突变不仅影响其暗适应态下视黄醛的顺反异构平衡,而且对其光循环有着重要的影响。因此,深入开展对F146作用的研究,不仅有助于认识处在键合区相同位置的关键残基在单发色团和双发色团光驱质子泵中作用的相似性和差异性,更重要的是探明第二发色团菌红素对双发色团质子泵aR4视黄醛键合区关键残基作用的影响。为此,本论文首次成功建立了研究双发色团蛋白关键残基作用的方法,采用基因突变技术、紫外-可见光吸收光谱、固体核磁共振、闪光光解光谱以及p H滴定等技术手段,对比研究分析F146M和M145F单点突变对aR4和b R视黄醛键合区和光循环影响的共性和差异性。研究结果表明,F146和M145在aR4和b R中均起到维持视黄醛顺反异构平衡的作用,突变可造成键合区装配紧密程度的改变,影响胞外侧半通道氢键网络作用,从而参与调控质子释放至胞外的过程。此外,本文首次发现菌红素不仅具有稳定aR4三聚结构的作用,更重要的是对键合区关键残基F146存在调制作用,菌红素的缺失将造成F146作用的弱化。