Новости

13 мая, 2021 10:37

Описан механизм фотоактивации оранжевого каротиноидного белка

Источник: Индикатор
Российские ученые совместно с коллегами из Германии и Чехии расшифровали механизм, лежащий в основе активации оранжевого каротиноидного белка — фоторецептора цианобактерий. Используя мутантный вариант белка и новейшие спектроскопические методы, ученые смогли описать фотохимическую реакцию, ранее не известную для каротиноидов. Результаты работы открывают перспективы для разработки новых светоуправляемых систем и биоматериалов. Статья опубликована в журнале Communications Biology, исследование поддержано грантом РНФ.
Источник: Евгений Максимов

Свет необходим фотосинтезирующим организмам для переработки неорганических соединений в органические. Однако избыток солнечной энергии может оказаться губительным для клеток. Благодаря пигментам каротиноидам, которые входят в состав специальных фотозащитных белков, излишек энергии переводится в тепло. Объектом исследования авторов статьи стал один из таких белков — оранжевый каротиноидный белок (Orange carotenoid protein, OCP), впервые обнаруженный в 1981 году у цианобактерий. OCP состоит из двух частей, образующих полость, внутри которой содержится одна молекула каротиноида.

«При поглощении света молекулой каротиноида ОСР способен переходить из неактивной оранжевой в активную красную форму. Этот процесс является многостадийным и подчиняется сложной иерархии событий. Ранее мы показали асинхронность этих изменений, однако механизм самой первой стадии фотоактивации ОСР, связанный с разрывом водородных связей между каротиноидом и белком, оставался неразгаданным», — рассказывает первый автор исследования Евгений Максимов.

Ученые провели комплексное исследование, используя методы структурной биологии, спектроскопии, биохимии и квантовой химии. Сотрудники ФИЦ Биотехнологии РАН создали «сверхоранжевый» вариант ОСР с уникальными спектральными и структурными свойствами и определили его кристаллическую структуру с наивысшим пространственным разрешением среди всех известных ОСР-подобных белков.

Анализ результатов показал, что после поглощения фотона в ОСР может произойти реакция разделения зарядов вдоль водородной связи между молекулой каротиноида и одним из аминокислотных остатков белка. Эта водородная связь в темноте стабилизирует оранжевое состояние ОСР, однако на свету крайне быстро рвется благодаря перераспределению электронной плотности в молекуле каротиноида. В результате этого в белке образуются отрицательный и положительный полюса, что приводит к изменению всей его структуры. Такая фотохимическая реакция была впервые описана для каротиноидов.
Теги
Биология
18 марта, 2024
Новосибирские ученые выяснили, что разрезающий ДНК белок не нарушает систему репарации клеток
Ученые института химической биологии и фундаментальной медицины (ИХБФМ) СО РАН установили, что...
6 марта, 2024
В нарушенных травяных экосистемах процветают более мелкие и быстрые виды
Сотрудники Института проблем экологии и эволюции им. А.Н. Северцова РАН в составе представительног...