Os bioquímicos da RIKEN descobriram como uma bomba minúscula em um micróbio marinho transporta íons negativos para a célula mudando de forma quando ativada pela luz. Além de fornecer informações sobre como essas bombas de íons funcionam, as descobertas serão úteis para melhorar as ferramentas baseadas em luz para a pesquisa do cérebro.
Muitas bactérias e algas unicelulares transportam íons para dentro e para fora de suas células usando bombas acionadas pela luz. Ao expelir ou aceitar íons, essas bombas permitem que as células regulem seu conteúdo em relação ao ambiente. Eles funcionam alterando sua forma quando ativados pela luz.

Essas bombas movidas a luz não são apenas de interesse dos bioquímicos; neurocientistas os usam para sondar circuitos cerebrais em animais, ligando e desligando neurônios em resposta à luz. Aprender sobre como essas bombas funcionam permitirá que os pesquisadores do cérebro as adaptem para essa aplicação.

Bombas acionadas por luz que transportam íons positivos através da membrana celular foram extensivamente estudadas, mas muito menos se sabe sobre o funcionamento das bombas que transportam íons negativos de cloreto.

Agora, Mikako Shirouzu e Toshiaki Hosaka no RIKEN Center for Biosystems Dynamics Research, Eriko Nango no RIKEN SPring-8 Center e seus colegas de trabalho usaram um poderoso laser de raios-X - dos quais há apenas um punhado no mundo — para visualizar como a forma de uma bomba de íons cloreto acionada por luz muda durante a operação.

Eles analisaram uma bomba de cloro de uma bactéria marinha baseada na proteína sensível à luz rodopsina – um pigmento biológico semelhante ao dos receptores de luz do olho humano. A equipe usou íons de brometo e iodeto maiores em vez de íons de cloreto porque são mais detectáveis ​​por raios-X.

Os pesquisadores descobriram que a bomba tinha um mecanismo intrigante para impedir que os íons cloreto retornassem do jeito que vieram. "Ficamos surpresos ao descobrir que o resíduo de aminoácido Asn98, que interage com o ânion, impede o refluxo do íon depois que ele passa", diz Hosaka. "Existe, portanto, um mecanismo simples para transportar apenas um íon com uma única mudança de forma."

Os resultados, publicados em Proceedings of the National Academy of Sciences , indicam que rodopsinas de bombeamento de cloreto empregam um mecanismo comum para mover íons ao redor.

A equipe pretende estudar outras proteínas primeiro tornando-as sensíveis à luz. “A maioria das proteínas não responde à luz, tornando-as difíceis de controlar”, diz Hosaka. "No futuro, gostaríamos de modificar proteínas comuns para torná-las responsivas à luz e, assim, estudar as mudanças de forma de uma ampla gama de proteínas". + Explorar mais

Como obter íons cloreto na célula