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proteína amarilla fotoactiva

En biología molecular , el dominio PYP ( proteína amarilla fotoactiva ) es un dominio proteico que se une al ácido p - cumárico . Están presentes en diversas proteínas de las ba...

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En biología molecular , el dominio PYP ( proteína amarilla fotoactiva ) es un dominio proteico que se une al ácido p - cumárico . Están presentes en diversas proteínas de las bacterias .

PYP es una proteína globular altamente soluble con una estructura de pliegue alfa/beta. Pertenece a la superfamilia del dominio PAS , que también incluye otros tipos de proteínas fotosensoriales.

El PYP fue descubierto por primera vez en 1985. [ 1 ]

Un sistema quimiogenético desarrollado recientemente (2016), denominado FAST (Fluorescence-Activating andsorption Shifting Tag), fue diseñado a partir de PYP para unirse de forma específica y reversible a una serie de derivados de hidroxibencilideno rodanina (HBR) por sus propiedades fluorogénicas. Tras la interacción con FAST, el fluoróforo queda fijado en una conformación fluorescente, a diferencia de cuando se encuentra en solución. Este nuevo sistema de marcaje de proteínas se utiliza en diversos sistemas de microscopía y citometría. [ 2 ]

ácido p -cumárico

El ácido p -cumárico es un cofactor de PYP. [ 3 ] Los aductos de ácido p -cumárico unidos a PYP forman cristales que difractan bien en experimentos de cristalografía de rayos X. Estos estudios estructurales han aportado información sobre las proteínas fotosensibles, por ejemplo, el papel de los enlaces de hidrógeno, la isomerización molecular y la fotoactividad. [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]

transiciones fotoquímicas

Originalmente se creía que, debido a las emisiones de luz similares a las de la rodopsina unida al retinal, la molécula fotosensora unida a PYP debería asemejarse a la estructura de la rodopsina unida al retinal , la molécula fotosensora unida a PYP debería asemejarse a la estructura del retinal. [ 8 ] Por lo tanto, los científicos se asombraron cuando la Cys 69 de PYP se unió mediante un enlace éster tiólico al grupo prostético sensible a la luz ácido p -cumárico. [ 3 ] Durante el mecanismo fotorreactivo: [ 3 ] [ 8 ]

  1. La absorción de luz hace que la proteína nativa absorba una longitud de onda máxima de 446  nm, ε = 45500  M −1  cm −1 .
  2. En cuestión de nanosegundos, la longitud de onda máxima absorbida se desplaza a 465  nm.
  3. Luego, en una escala de tiempo de submilésimas de segundo, se excita a un  estado de 355 nm.
Ácido p -cumárico que exhibe isomerización trans - cis debido a la absorción de luz que causa transiciones fotoquímicas. A la derecha se muestra la estructura molecular del ácido p -cumárico en el sitio de unión del ligando y las interacciones de enlaces de hidrógeno involucradas en el agujero oxianiónico intrínseco . A la izquierda se muestra una imagen cristalográfica del ácido p -cumárico en el sitio de unión del ligando basada en la representación PDB : 2PYP ​PyMOL . [ 9 ]

Estos fenómenos observados se deben a la isomerización trans - cis del doble enlace trans vinílico en el ácido p -cumárico. [ 3 ] [ 7 ] [ 6 ] Los científicos observaron, al analizar la estructura cristalina del ácido p -cumárico unido a PYP, que el grupo hidroxilo conectado al carbono C4 del anillo fenilo parecía estar desprotonado, actuando efectivamente como un grupo funcional fenolato. [ 7 ] [ 10 ] Esto se debió a longitudes de enlaces de hidrógeno anormalmente cortas observadas en la estructura cristalina de la proteína. [ 9 ]

Función de los enlaces de hidrógeno

Los enlaces de hidrógeno en proteínas como PYP participan en redes interrelacionadas, donde en el centro del átomo de O4 del fenolato del ácido p -cumárico, hay un agujero de oxianión que es crucial para la función fotosensorial. [ 6 ] [ 11 ] [ 12 ] Los agujeros de oxianión existen en las enzimas para estabilizar los estados de transición de los intermedios de reacción, estabilizando así la isomerización trans - cis del ácido p -cumárico. [ 5 ] [ 13 ] Durante el estado de transición se cree que el O4 del fenolato del ácido p -cumárico participa en una red de enlaces de hidrógeno entre Glu 46, Tyr 42 y Thr 50 de PYP. [ 13 ] [ 5 ] Estas interacciones son aparte del enlace de éster tiol a Cys 69 que mantiene el ácido p -cumárico en el sitio de unión del ligando . [ 3 ] Al pasar a la forma isomérica cis del ácido p -cumárico, los enlaces de hidrógeno favorables ya no interactúan estrechamente.

Referencias

  1. ↑ Meyer TE (enero de 1985). "Aislamiento y caracterización de citocromos solubles, ferredoxinas y otras proteínas cromóforas de la bacteria fototrófica halófila Ectothiorhodospira halophila". Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Bioenergetics . 806 (1): 175– 83. doi : 10.1016/0005-2728(85)90094-5 . PMID 2981543 . 
  2. ↑ Plamont MA, Billon-Denis E, Maurin S, Gauron C, Pimenta FM, Specht CG, et al. (enero de 2016). "Pequeña etiqueta activadora de fluorescencia y de desplazamiento de absorción para imágenes de proteínas sintonizables in vivo" . Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América . 113 (3): 497– 502. doi : 10.1073/pnas.1513094113 . PMC 4725535. PMID 26711992 .   
  3. 1 2 3 4 5 Hoff WD, Düx P, Hård K, Devreese B, Nugteren-Roodzant IM, Crielaard W, Boelens R, Kaptein R, van Beeumen J, Hellingwerf KJ (noviembre de 1994). "Ácido p -cumárico unido por éster de tiol como un nuevo grupo prostético fotoactivo en una proteína con fotoquímica similar a la de la rodopsina" . Biochemistry . 33 (47): 13959–62 . doi : 10.1021/bi00251a001 . PMID 7947803 . 
  4. ↑ "PDB101: Molécula del mes: Proteína amarilla fotoactiva" . RCSB: PDB-101 . Consultado el 12 de marzo de 2019 .
  5. 1 2 3 Pinney MM, Natarajan A, Yabukarski F, Sanchez DM, Liu F, Liang R, Doukov T, Schwans JP, Martinez TJ, Herschlag D (agosto de 2018). "Acoplamiento estructural a través de las redes de enlaces de hidrógeno del sitio activo de la cetosteroide isomerasa y la proteína amarilla fotoactiva". Journal of the American Chemical Society . 140 (31): 9827– 9843. doi : 10.1021/jacs.8b01596 . OSTI 1476146. PMID 29990421. S2CID 207190006 .   
  6. 1 2 3 Hellingwerf KJ (febrero de 2000). "Cuestiones clave en la fotoquímica y la formación del estado de señalización de las proteínas fotosensoras". Journal of Photochemistry and Photobiology B: Biology . 54 ( 2–3 ): 94–102 . doi : 10.1016/S1011-1344(00)00004-X . PMID 10836537 . 
  7. 1 2 3 Premvardhan LL, Buda F, Van Der Horst MA, Lührs DC, Hellingwerf KJ, Van Grondelle R (2004-01-30). "Impacto de la absorción de fotones en las propiedades electrónicas de los derivados del ácido p-cumárico del cromóforo de la proteína amarilla fotoactiva". The Journal of Physical Chemistry B . 108 (16): 5138– 5148. doi : 10.1021/jp037469b . hdl : 1887/3480076 .
  8. 1 2 Meyer TE, Yakali E, Cusanovich MA, Tollin G (enero de 1987). "Propiedades de una proteína amarilla soluble en agua aislada de una bacteria fototrófica halófila que tiene actividad fotoquímica análoga a la rodopsina sensorial". Biochemistry . 26 (2): 418– 23. doi : 10.1021/bi00376a012 . PMID 3828315 . 
  9. 1 2 Genick UK, Borgstahl GE, Ng K, Ren Z, Pradervand C, Burke PM, Srajer V, Teng TY, Schildkamp W, McRee DE, Moffat K, Getzoff ED (marzo de 1997). "Estructura de un intermedio del fotociclo de proteínas mediante cristalografía resuelta en el tiempo en milisegundos". Science . 275 (5305): 1471– 5. doi : 10.1126/science.275.5305.1471 . PMID 9045611 . S2CID 20434371 .  
  10. ↑ Yamaguchi S, Kamikubo H, Kurihara K, Kuroki R, Niimura N, Shimizu N, Yamazaki Y, Kataoka M (enero de 2009). "Enlace de hidrógeno de baja barrera en la proteína amarilla fotoactiva" . Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América . 106 (2): 440– 4. Bibcode : 2009PNAS..106..440Y . doi : 10.1073/pnas.0811882106 . PMC 2626721. PMID 19122140 .  
  11. ↑ Borgstahl GE, Williams DR, Getzoff ED (mayo de 1995). " Estructura a 1,4 Å de la proteína amarilla fotoactiva, un fotorreceptor citosólico: plegamiento inusual, sitio activo y cromóforo". Biochemistry . 34 (19): 6278–87 . doi : 10.1021/bi00019a004 . PMID 7756254 .  
  12. ↑ Stahl AD, Hospes M, Singhal K, van Stokkum I, van Grondelle R, Groot ML, Hellingwerf KJ (septiembre de 2011). "Sobre la participación de la rotación de enlaces simples en la fotoquímica primaria de la proteína amarilla fotoactiva" . Biophysical Journal . 101 (5): 1184– 92. Bibcode : 2011BpJ...101.1184S . doi : 10.1016 / j.bpj.2011.06.065 . PMC 3164125. PMID 21889456 .  
  13. 1 2 Herschlag D, Pinney MM (junio de 2018). "Enlaces de hidrógeno: ¿tan simples después de todo?" . Bioquímica . 57 (24): 3338– 3352. doi : 10.1021/acs.biochem.8b00217 . PMID 29678112 . 

Lecturas adicionales

  • Imamoto Y, Kataoka M (2007). "Estructura y fotorreacción de la proteína amarilla fotoactiva, un prototipo estructural de la superfamilia del dominio PAS" . Fotoquímica y fotobiología . 83 (1): 40– 9. doi : 10.1562/2006-02-28-IR-827 . PMID 16939366. S2CID 24103382 .  
  • Resumen de toda la información estructural disponible en el PDB para UniProt : P16113 (proteína amarilla fotoactiva) en el PDBe-KB .
Este artículo incorpora texto de dominio público Pfam e InterPro : IPR012130