半醌态的独特结构动力学界定了鸟类隐花色素中的信号通路
生物物理
2026-04-27 v3 化学物理
摘要
夜候迁徙鸣禽的光依赖磁罗盘被广泛假设依赖于视网膜隐花色素内的自由基对机制。然而,在微秒级量子自旋动力学与细胞信号传导所需的持久、全局蛋白质构象变化之间建立机制联系,仍然是一个巨大挑战。在此,我们应用氧化还原态分辨的氢/氘交换质谱(HDX-MS)来绘制欧洲知更鸟隐花色素 4a (ErCry4a) 在其光循环过程中的构象景观。我们揭示,光化学还原驱动了关键功能节点(包括磷酸结合环(PBL)、突出环(PL)、FAD 近端螺旋 {\alpha}17 以及 C 端 {\alpha}22/{\alpha}23 网络)发生稳健的变构结构转变。至关重要的是,我们分离出了瞬态半醌(假定的信号物种)的结构指纹。半醌并非作为线性的结构垫脚石,而是展现出独特的非单调构象特征,表现为 PBL 和 PL 的瞬态失稳,这与在完全还原态中观察到的全局刚性化形成鲜明对比。这些发现确立了半醌作为一个结构上独特且功能完备的生物实体。我们的结果为一种专一、高保真的结构信号级联提供了直接的生物物理学证据,详细说明了局部量子级光化学如何转化为动物导航所需的精确构象动力学。
引用
@article{arxiv.2604.19579,
title = {Distinct Structural Dynamics of the Semiquinone State Define a Signalling Pathway in Avian Cryptochrome},
author = {Monika Kish and Suchitra Pradhan and Jessica L. Ramsay and Paloma Munguía Salazar and Jonathan Phillips and Daniel R. Kattnig},
journal= {arXiv preprint arXiv:2604.19579},
year = {2026}
}
备注
21 pages, 3 figures