Абитуриентам и родителям  Студентам  Сотрудникам
 

 

Ученые пролили свет на механизм фотоактивации оранжевого каротиноидного белка

15 мая 2021

Сотрудники кафедры биофизики биологического факультета и биохимики ФИЦ Биотехнологии РАН в составе международного коллектива ученых расшифровали механизм, лежащий в основе активации оранжевого каротиноидного белка — фоторецептора цианобактерий, защищающего их от чрезмерного воздействия света.


 

На фото: д.ф.-м.н., зав.сектором В.З.Пащенко, чл.-корр.РАН, зав.кафедрой биофизики А.Б.Рубин, к.б.н., н.с. И.А.Ярошевич, к.б.н., вед.н.с. Е.Г.Максимов. Фото предоставлено пресс-службой биологического факультета.

Создание уникального мутантного варианта и использование новейших спектроскопических подходов позволило описать фотохимическую реакцию, ранее не известную для каротиноидов. Результаты работы в будущем откроют перспективы для разработки новых светоуправляемых систем и биоматериалов. С текстом работы можно ознакомиться на страницах журнала Communications Biology.

Воздействие света необходимо фотосинтезирующим организмам для переработки неорганических соединений в органические. Однако здесь важна мера: избыток солнечной энергии может оказаться губительным для клеток. Благодаря пигментам каротиноидам, которые могут входить в состав специальных фотозащитных белков, излишек возбуждения переводится в тепло — происходит так называемое нефотохимическое тушение. Объектом исследования авторов статьи стал один из таких защитников — оранжевый каротиноидный белок (Orange carotenoid protein, OCP). Впервые его выделили в 1981 году из представителей древней группы фотосинтетических прокариот, цианобактерий. OCP имеет две белковых части-домена, образующих полость, внутри которой содержится одна молекула каротиноида.

«При поглощении света молекулой каротиноида белок 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», — Евгений Максимов, кандидат биологических наук, ведущий научный сотрудник кафедры биофизики.

Ученые провели комплексное исследование с привлечением методов 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 полученных данных показал, что в результате 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 она 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 впервые описана для каротиноидов.

«Наше открытие позволит управлять процессом активации ОСР и его спектральными свойствами. В итоге это может привести к созданию новых светоуправляемых систем и «умных» биосовместимых материалов на основе фотоактивных белков для оптогенетики и функционального имиджинга», — рассказывает Николай Случанко, доктор биологических наук, ведущий научный сотрудник ФИЦ Биотехнологии РАН.

Работа выполнена совместно с коллегами биологического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова, МФТИ, ФИЦ химической физики имени Н. Н. Семенова РАН, Института биоорганической химии имени М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова РАН, а также из научных организаций Германии и Чехии.

Role of hydrogen bond alternation and charge transfer states in photoactivation of the Orange Carotenoid Protein. Communications Biology volume 4, Article number: 539 (2021): https://www.nature.com/articles/s42003-021-02022-3

Релиз подготовлен пресс-центром ФИЦ Биотехнологии РАН



Все новости по теме: Наука

Все новости »





 
  Московский Государственный Университет имени М.В.Ломоносова



Почтовый адрес:
119234, Россия, Москва, Ленинские горы, д. 1, стр. 12,
Биологический факультет МГУ



Справочная телефонов МГУ +7 (495) 939-10-00

E-mail: info@mail.bio.msu.ru

© 2021 Биологический факультет
Московского государственного университета имени М.В.Ломоносова


 
2009 создание сайта

Карта сайта