营养物质运输表明带电古菌表面层蛋白的进化基础

摘要 表面层（S层）是二维的、蛋白质的、多孔晶格，构成几乎所有古菌和许多细菌的最外层细胞膜成分。尽管序列多样性异常，但S层蛋白（SLPs）共享重要特征，例如其形成带有纳米级孔洞的晶体薄片的能力，以及其对带电氨基酸的倾向，导致酸性或碱性等电点。然而，S层的确切功能，或带电SLPs的作用以及它们与细胞代谢之间的关系尚不清楚。纳米级晶格影响低浓度溶质的扩散行为，即使它们明显小于孔径。在这里，我们在S层结构演化的背景下提供了关于带电S层蛋白的合理性。以氨氧化古菌（AOA）作为S层几何形状的模型，并使用二维电扩散反应计算框架模拟带电溶质铵离子（NH4+）的扩散和消耗，我们发现纳米多孔S层的特征长度尺度提高了伪周质空间中NH4+的浓度。我们的模拟表明，S层电荷的进化机制基础，并阐明了一些AOA在纳摩尔NH4+可用性的环境中氧化氨的独特能力，这对比较生态上不同的种群具有广泛的影响。