微生物视紫红质是一类以视黄醛为主要发色团的七跨膜光敏受体蛋白,包括光驱动离子泵、光门控离子通道、光传感器以及光激活酶等,因其功能的多样性和良好的光电转换效率,使得这类蛋白在太阳能储存、人工视网膜、信息储存,特别是光遗传学等领域有着广泛的应用前景。细菌视紫红质（Bacteriorhodopsin,b R）作为这类光敏受体蛋白的代表,其结构和光循环动力学间的关系始终是关注的重点,得到了广泛和深入的研究。古紫质-4（Archaerhodopsin 4,a R4）是在嗜盐菌Halobacterium species XZ515中发现的一个七跨膜光敏受体蛋白,具有与b R类似的三聚结构和光驱质子泵功能。然而除视黄醛发色团外,a R4三聚体的相邻单体间还镶嵌有一个类胡萝卜素发色团菌红素,且a R4具有比b R更快的光循环以及不同的质子释放和摄取时序。随着a R蛋白在光遗传学研究中的成功应用,深入研究这类蛋白的快速光循环动力学、不同的质子释放和摄取时序与其结构的关系以及类胡萝卜素发色团菌红素的作用已成为了当务之急,具有极强的时效性。天冬氨酸115（D115）是b R蛋白D螺旋上唯一荷电的保守性残基,可通过与其周边C螺旋上的T90及L87形成局部螺旋间氢键调节C、D螺旋构象,从而对蛋白的光循环和质子泵功能产生较大影响。然而,作为等位残基,a R4中的D116对其光循环和质子泵功能是否存在影响以及与D螺旋存在相互作用的菌红素是否会对D116的功能存在影响至今尚未见任何报道。为此,本文通过基因定点突变技术将b R/a R4中的D115/D116突变为极性不同的N115/N116和A115/A116,采用紫外-可见光吸收光谱、闪光光解光谱和p H滴定等方法对比分析D115/D116在b R和a R4中作用的差异性。研究结果表明,D115/D116都可归类为质子传输通道关键残基,且D116与视黄醛键合区的耦合更加密切。除此之外D116对D螺旋与菌红素之间存在调控作用,菌红素的缺失可导致D116对蛋白整体结构-功能影响弱化。本研究有助于进一步认识含类胡萝卜素发色团的光敏受体蛋白D螺旋和菌红素的作用,同时也为研究其它含类胡萝卜素发色团的微生物视紫红质家族蛋白结构-功能关系提供依据,加速新型光遗传学工具的研发。