感光蛋白質的模樣

我們的眼睛能夠感受到光，是因為在視網膜的感光細胞的細胞膜上（好像繞口令），有一種感光蛋白質「視紫質」。人類的視紫質有一種用維生素A當原料製造的色素，與視紫質感光的能力息息相關（所以維生素A攝取不足會造成夜盲症）。當視紫質接收到光線，就會刺激細胞，傳訊息到腦部。

細菌也能感光
不過除了動物會感受光線，細菌也會。在細菌上面的視紫質，稱為菌視紫質。你可能會想說，細菌又不長眼，要感光的蛋白質做什麼？其實細菌還會用菌視紫質來製造能量！當菌視紫質吸收了光的能量時，會用這個能量把細菌體內的質子，經由蛋白質中的通道排出體外，這樣一來，細菌體內的質子濃度低，體外的質子濃度高，質子會從濃度高的地方經由另一個蛋白質通道流回細菌體內，讓這個蛋白質通道合成細胞中重要的能量分子ATP（很像是流水推動水車而讓水車得到能量）。

可是又有一個問題了：細胞為什麼要那麼麻煩？菌視紫質吸收光線之後直接製造ATP不就好了嗎？這很有道理，不過分開來的好處是如果細菌位在外界質子濃度高的地方，不需要光照也可以合成ATP，這樣就賺到了。不過當外界的質子濃度高的時候，菌視紫質往往會因排出質子的能力不敵外界高濃度質子流回來的壓力，而無法持續發揮功用。臺灣大學生化科技系副教授楊?伸和中研院的團隊研究喜歡在暴鹹海水中生長的古老細菌「瓦氏鹽方菌」（如上圖，這種細菌是方形的而且會排成四個一組，因此得名）的菌視紫質構造，發現這種菌視紫質在細胞膜外部多了一個蓋子，讓細胞外的質子不會干擾菌視紫質內部，就算細菌體外的質子濃度很高，也不會阻礙這種菌視紫質吸收光線、把質子排出體外的工作。......

[更多詳細內容請參閱《科學少年》2016年3月 ]