Оранжевый каротиноидный белок перемещается для фотозащиты цианобактерий

Исследователи из Национальной лаборатории им. Лоуренса в Беркли обнаружили ключевое событие в механизме фотозащиты цианобактерий от избытка солнечной энергии — крупномасштабное перемещение каротиноидного пигмента внутри белка.

Суть открытия:

• В критическом светочувствительном белке — Оранжевом Каротиноидном Протеине (OCP) — механизм рассеяния избыточной энергии («нефотохимическое тушение») запускается беспрецедентным перемещением молекулы каротиноида на 12 Å внутри белкового каркаса.
• В результате этого перемещения каротиноид слегка меняет форму и начинает взаимодействовать с другим набором аминокислотных остатков.
• Это заставляет белок переключаться из поглощающего сине-зеленый свет «оранжевого» состояния в фотозащитное «красное» состояние.

Значение:

• Ранее считалось, что каротиноиды в белковых комплексах статичны. Открытие показывает, что их транслокация может быть функциональным триггером, что заставит пересмотреть роль каротиноидов в других системах.
• Понимание динамической функции каротиноидов будет полезно для проектирования будущих искусственных фотосинтетических систем.

Методы и подтверждение:

• Кристаллические структуры ключевых белков были получены на пучковых линиях 5.0.1 и 5.0.2 источника продвинутого света (ALS).
• Чтобы подтвердить, что транслокация происходит в естественных условиях раствора, а не является артефактом кристаллизации, использовали технику X-ray Footprinting (XFP) на линии 5.0.3 ALS.

Контекст и дальнейшие шаги:

• OCP поглощает сине-зеленый свет и связывается с антенным комплексом цианобактерий, вызывая рассеяние избыточной энергии. После этого белок Fluorescence Recovery Protein (FRP) возвращает OCP в «оранжевое» состояние.
• Следующая цель — понять детальный механизм взаимодействия OCP с антенным комплексом для рассеяния энергии.
• Исследователи также планируют изучить множественные гомологи OCP у некоторых цианобактерий, чтобы выяснить, позволяют ли они тонко настраивать фотозащиту, что в перспективе может помочь в инженерии «умной» фотозащиты.

Исследование опубликовано в журнале Science под заголовком "A 12 Å carotenoid translocation in a photoswitch associated with cyanobacterial photoprotection".