Global Consciousness Project Anomalous Anticipatory Responses In Networked Random Data Anomalous.
Anomalous temperature dependence of the fluorescence lifetime of phycobiliproteins
Transcript of Anomalous temperature dependence of the fluorescence lifetime of phycobiliproteins
1
Особенности температурных зависимостейспектрально-временных характеристик
флуоресценции пигмент-белковых комплексов цианобактерий
Клементьев К.Е., н.с.кафедра биофизики биологического факультета
МГУ
Сверху: строение фотосинтетических мембран цианобактерии Synechocystis sp. PCC6803. PC – фикоцианин, APC – аллофикоцианин, D1, D2, – белки комплекса ФС2, OCP – orange carotenoid protein. В центре: схематическое представление структуры тримеров аллофикоцианина по данным рентгеноструктурного анализа. Показано расположение хромофоров и элементы вторичной структуры. Снизу: химическое строение хромофора - фикоцианобилина. Пиррольные кольца пронумерованы от A до D.
Уровни организации фикобилипротеинов
Регистрация мгновенных спектров флуоресценции
Слева: схема установки для регистрации мгновенных спектров флуоресценции, обозначения: 1 – лазер, 2 – световод лазера, 3 – нейтральные светофильтры, 4 – кюветное отделение, 5 – фокусирующие линзы и граничные светофильтры, 6 – световод полихроматора, 7 – полихроматор, 8 – многоканальный детектор, 9 – система циркуляции воздуха, 10 – вычислительная плата и компьютер. Справа: мгновенные спектры флуоресценции аллофикоцианина при температуре 25 °С. Возбуждение 405 нм, 25 пс, 50 МГц.
4
Температурные зависимости
-200 -150 -100 -50 0 50
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
2000
2200
медленное замораживание, Na-Pi быстрое замораживание, Na-Pi
, пс
Температура, °C
123
Аномальная температурная зависимость времени жизни флуоресценции аллофикоцианина.
[Е.Г. Максимов, Г.В. Цораев, В.З. Пащенко, А.Б. Рубин, Природа аномальной температурной зависимости времени жизни флуоресценции
аллофикоцианина, ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК, 2012, том 443, № 3, с. 1–5.]
5
Методика замораживания
Термостатируемая ячейка Жидкий азот
Аномальная температурная зависимость времени жизни флуоресценции
аллофикоцианина
-200 -150 -100 -50 0 50
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
2000
2200
2400
slow, Na-Pi fast, Na-Pi slow, 90% glycerol slow, dehydrated sample
Fluo
resc
ence
life
time
(ps)
Temperature (°C)
123
Аномальная температурная зависимость аллофикоцианина, медленное замораживание (красная кривая), быстрое замораживание (черная кривая), медленное замораживание в глицерине(синяя кривая), высушенный образец (желтая кривая)
-250 -200 -150 -100 -50 0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
2000
2200
Temperature (K)
Fluo
resc
ence
lifet
ime
(ps)
Temperature (°C)
APC PE PC
0 50 100 150 200 250 300
Аномальная температурная зависимость времени жизни флуоресценции
фикобилипротеинов
Температурная зависимость фикобилипротеинов, аллофикоцианин (APC, красная кривая),фикоэритрин (PE ,черная кривая), фикоцианин (PC, синяя кривая).
Аномальная температурная зависимость времени жизни флуоресценции
аллофикоцианина с D2O
-200 -150 -100 -50 0 50500
750
1000
1250
1500
1750
2000
2250
2500
Fluo
resc
ence
life
time
(ps)
Temperature (°С)
D2O H2O
ps
Медленное замораживание аллофикоцианина в воде (красная кривая) и в дейтерированной воде (черная кривая)
Аномальная температурная зависимость времени жизни флуоресценции
аллофикоцианина
-200 -150 -100 -50 0 5028
30
32
34
36
38
40
42
44
46
FWHM
, нм
Температура, °С
быстрое замораживание, медленное замораживание,
Полуширина спектра флуоресценции АФЦ. Красные квадраты – медленное замораживание, Na-Pi буфер, рН 7,0. Черные круги – быстрое замораживание, Na-Pi буфер рН 7,0.
Стационарные спектры флуоресценции АФЦ на различных участках температурной зависимости при медленном замораживании.
575 600 625 650 675 700 725 750 775 800
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
Медленное замораживание Быстрое замораживание
Инт
енси
внос
ть ф
луор
есце
нции
, о.е
.
Длина волны, нм
10
Влияние рН на времена жизни
Влияние рН на времена жизни флуоресценции (красная кривая) и полуширину (черная кривая).
11
Спектры кругового дихроизма (КД)
300 350 400 450 500 550 600-1,0
-0,5
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
(
deg)
Длина волны (нм)
pH 7.0 pH 2.3
Спектр кругового дихроизма фикоэритрина при рН=7, красная линия, и рН=2.3, синяя линия
∆ 𝜀=𝜀𝑙−𝜀𝑟=∆𝐷𝑙∗𝑐
12
Измерение размера частиц фикоэритрина
10 100 1000
0
5
10
15
20
25
30Ч
исло
час
тиц
данн
ого
разм
ера,
%
Гидродинамический диаметр, нм
pH=7.0 pH=3.0 pH=2.3
М
ТА
А
Зависимость числа частиц фикоэритрина одного размера в % от гидродинамического диаметра, нм, при различных рН раствора.
М-мономер, Т-тример, А-агрегаты
13
Переход тример-мономер
тример мономер
14
Визуализация эквипотенциальных поверхностей
Мономер
Тример
рН=2рН=4рН=7
-200 -150 -100 -50 0 50
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
2000
APC, slow, ex 635 nm APC, slow, ex 405 nm
Fluo
resc
ence
life
time
(ps)
Temperature, °C
123
Среднее время жизни флуоресценции аллофикоцианина при медленном замораживании . Красная кривая возбуждение 635нм (красный лазер), синяя кривая 405нм (синий лазер).
Аномальная температурная зависимость времени жизни флуоресценции
аллофикоцианина
Фотоизомеризация фикоэритрцианина
Marius Schmidt,§ Anamika Patel, Yi Zhao and Wolfgang Reuter, Structural Basis for the Photochemistry of R-Phycoerythrocyanin, Biochemistry 2007, 46, 416-423
Изменение конформации хромофора приводит к изменению спектральных
характеристик.
Изменение конформации фикобилипротеинов
17
18
Выводы1. Аномальные температурные зависимости времени жизни
флуоресценции характерны для всех типов фикобилипротеинов и зависят от наличия воды.
2. Визуализация эквипотенциальных поверхностей фикоэритрина показала, что мономеры в тримере удерживаются за счет специфических электростатических взаимодействий.
3. Изменение конформации белка приводит к изменению конформации флуорофора, что можно оценить по сокращению времен жизни и квантового выхода.
4. Фикобилипротеины являются удобным модельным объектом для изучения донорно-акцепторных механизмов миграции энергии.
19
Спасибо за внимание!