5 October 2023, 12:00

Новый метод для описания молекулярного взаимодействия между фикобилисомой

Цианобактерии и красные водоросли имеют особые белковые «антенны» — фикобилисомы, — которые помогают улавливать свет и передавать его энергию на молекулы хлорофилла для фотосинтеза. При этом важно, чтобы на хлорофилл попадало определенное количество излучения — с одной стороны, его должно быть достаточно для поддержания оптимальной скорости синтетических реакций, а с другой — не слишком много, чтобы не повредить фотосинтетический аппарат. Поэтому существует система защиты от избыточного света, которая у цианобактерий представлена оранжевым каротиноидным белком. Он подавляет возбуждение фикобилисом при избыточном освещении, тем самым препятствуя передаче энергии в фотосинтетический аппарат. Однако подробности взаимодействия фикобилисомы и оранжевого каротиноидного белка остаются плохо изученными.

Ученые из ФИЦ Биотехнологии РАН исследовали явление антистоксовой флуоресценции — одного из видов излучения фикобилисомы при действии на нее квантов с низкой энергией. Анализируя особенности сигналов флуоресценции, например формы спектра и длительности возбужденного состояния, можно подробнее охарактеризовать принцип работы фикобилисомы и ее взаимодействие с оранжевым каротиноидным белком.

Сначала авторы выделили в чистом виде оранжевый каротиноидный белок и фикобилисомы цианобактерий Synechocystis sp. Затем комплекс из этих молекул осветили желто-зеленым светом (570 нанометров) и наблюдали за тем, как происходит испускание собственного излучения. Оказалось, что при таком облучении спектр флуоресценции (излучения) фикобилисомы постепенно смещался в красную область, что говорит о том, что энергия передавалась с периферических элементов белковой «антенны» на ее центральные элементы, а именно белок аллофикоцианин.

Когда на комплекс фикобилисомы и оранжевого каротиноидного белка подавали свет инфракрасного диапазона (770 нанометров), энергия от периферических элементов к ядру фикобилисомы вовсе прекратила поступать. Авторы предположили, что излучение в таком случае улавливает только аллофикоцианиновое ядро, после чего оно «гасится», поступая на оранжевый каротиноидный белок.

«Мы предполагаем, что наблюдаемые особенности спектров флуоресценции могут быть связаны с тем, как оранжевый каротиноидный белок меняет конформацию активных центров фикобилисомы. В данной работе нам удалось показать, что по мгновенным спектрам антистоксовой флуоресценции можно оценивать состояние фикобилисомы и подробно изучать механизм ее работы», — рассказывает Евгений Максимов, доктор биологических наук, старший научный сотрудник группы «Белок-белковые взаимодействия» ФИЦ Биотехнологии РАН.

Результаты исследования опубликованы в журнале BBA Bioenergetics. Исследование выполнено в рамках проекта федеральной научно-технической программы развития синхротронных и нейтронных исследований и поддержана национальным проектом «Наука и университеты».

Source:  Пресс-служба ФИЦ Биотехнологии РАН

News article publications

Read also

Химики МГУ выяснили механизм фотопереноса электрона флуоресцентного белка
Результаты позволят значительно расширить область применения одного из самых актуальных способов отслеживания активности белков и помогут создать биосенсор для определения активных форм кислорода
Molecular Biology
New techniques
Spectroscopy
27 January 2022
Замена одной аминокислоты стала причиной миопатий и катаракты
Российские и иранские ученые выяснили, как именно замена всего одной аминокислоты в белке кристаллине делает его причиной развития серьезных заболеваний глаз и сердца
Molecular Biology
Proteomics
Spectroscopy
16 December 2021
Ускорен поиск новых лекарств с помощью машинного обучения
В последние годы компьютерное моделирование сильно облегчило создание новых лекарств за счет предсказания структуры молекул и их взаимодействий. Однако даже такой «чисто компьютерный» скрининг может быть слишком дорог и затруднен, если речь идет о миллионах веществ. Поэтому авторы новой статьи в Journal of Chemical Information and Modeling — исследователи из МФТИ, Университетов Гронингена и Гренобля, — сделали этот процесс намного быстрее и эффективнее с помощью активного машинного обучения.
Drug Design
Machine learning
Molecular Biology
13 February 2024
Найдена новая форма жизненно важных белков — актинов
Ученые из Московского физико-технического института совместно с коллегами из Института цитологии РАН, Объединенного института ядерных исследований и Университета Южной Флориды (США) изучили инактивированную форму белка актина. Это исследование поможет в понимании механизмов функционирования ядра живой клетки — органеллы, в которой сосредоточен наследственный аппарат, и в разработке новых методов терапии возрастных заболеваний.
Cell Biology
Microbiology
Molecular Biology
11 February 2024
Раскрыты особенности структурной и регуляторной эволюции генов человека
Ученые Сеченовского Университета и МФТИ впервые в мире сравнили скорость регуляторной и структурной эволюции отдельных генов, а также целых молекулярных путей, в которые вовлечены продукты многих генов. Исследование открыло ранее неизвестные особенности молекулярной эволюции генов человека, что впоследствии послужит основной для новых разработок, в том числе в поиске путей лечения различных заболеваний.
Evolution
Evolutionary biology
Genetics
Molecular Biology
7 February 2024
Соседние с опухолью клетки отличаются от здоровых клеток человеческого тела
Международный коллектив представил результаты исследования о воздействии раковых образований на соседние ткани. Ранее это воздействие детально не изучалось. Полученные данные помогут разработать более эффективные методы лечения онкологических заболеваний и создать лекарственные препараты нового поколения.
Cancer Research
Cell Biology
Molecular Biology
Oncology
24 January 2024