Российские биологи исследовали процесс появления оранжевой пигментации

Российские ученые из МГУ имени М.В. Ломоносова, Института биохимии имени А.Н. Баха (ИНБИ) РАН, Института физиологии растений имени К.А. Тимирязева (ИФР) РАН совместно с коллегами из Берлинского технического университета исследовали перемещение каротиноида, природного органического пигмента желтого, оранжевого или красного цвета, между доменами и изменение цвета белка вследствие этого процесса. Также ученые показали возможность определения температуры и вязкости среды с помощью флуоресцентно-меченного оранжевого каротиноидного белка по скорости фотоконверсии и релаксации (ре-фолдинг). Результаты работы опубликованы в журнале Biophysical Journal.

«В работе показано, как при фотоактивации оранжевого каротиноидного белка в нем происходит перемещение каротиноида (природного пигмента) между доменами, которое приводит к изменениям цвета. Впервые этот процесс был визуализирован нами с помощью метода флуоресцентной спектроскопии высокого временного разрешения. И впервые представления о структурных изменениях белка и его хромофора были получены для полноразмерного белка», — прокомментировал Евгений Максимов, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник лаборатории радиационной биофизики кафедры биофизики биологического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова.

Целью работы было создание гибридной конструкции из фотоактивного белка и флуоресцентных красителей таким образом, чтобы флуоресценция последних была чувствительна к изменению конформации белка. Для этого оранжевый фотоактивный белок был ковалентно окрашен тетраметил-родамином по трем цистеиновым остаткам. Благодаря тому, что в структуре белка два цистеиновых остатка расположены очень близко друг к другу, в результате окрашивания белка в одном его домене находился мономер, а в другом — димер родамина. Димер и мономер обладают различным квантовым выходом флуоресценции, поэтому измерение времен жизни позволило ученым оценить, как меняются эффективность миграции энергии и расстояние между родамином и каротиноидом. Результаты, как утверждают исследователи, хорошо согласуются с имеющимися представлениями о данном белке и показывают, что выбранный подход и теория Ферстера позволяют получать важную информацию о фотоактивных конструкциях. Другим важным результатом работы оказалась возможность определения температуры и вязкости среды с помощью флуоресцентно-меченного оранжевого каротиноидного белка по скорости фотоконверсии и релаксации (ре-фолдинг).

Детектирование и визуализация температуры и вязкости в живых тканях, клетках и органеллах является важной задачей для оценки их структурно-функциональной организации. Изучение фотоциклических переходов фотоактивного белока, способного под действием света превращаться из оранжевого в красный и обратно, позволило ученым разработать принципиально новый подход для детектирования температуры и вязкости в биологических объектах на наноуровне.