​Сотрудники ИБХ РАН вместе с коллегами из Лаборатории фотобиологии красноярского Института биофизики (ИБФ СО РАН) определили строение продуктов фотоинактивации хромофора фотопротеина гребневика Beroe abissycola и предложили механизм этого процесса. Впервые показано родство химических трансформаций для хромофоров фотопротеинов и флуоресцентных белков GFP-типа. Результаты опубликованы в журнале Organic Letters. Работа выполнена при поддержке гранта РНФ № 17-14-01169p.

фотопротеины, биолюминесценция

mech.jpg 

​Большинство обитателей морских глубин обладают способностью светиться в темноте [1], или биолюминесценцией. Биолюминесценция - это биохимический процесс, в ходе которого происходит окисление молекулой кислорода субстрата, называемого люциферином, под действием фермента - люциферазы. В морских организмах роль субстрата-люциферина чаще всего выполняет соединение, называемое целентеразином. Часть биолюминесцентных целентеразин-зависимых систем относят к фотопротеиновому типу. Фотопротеин - это комплекс, состоящий из молекулы белка и “предокисленного” кислородом целентеразина (2-гидропероксицелентеразина), прочно, но нековалентно связанного с белком. Реакция биолюминесценции в фотопротеине инициируется добавлением ионов кальция и является следствием декарбоксилирования исходного субстрата. Полученный в возбужденном состоянии продукт реакции релаксирует путем высвобождения кванта видимого света.

Первые эксперименты со светящимися экстрактами фотопротеинов были проведены в 20-х годах XX века [2]. Структура целентеразинового хромофора фотопротеина из A. aequorea и возможный механизм реакции люминесценции были предложены еще в 1960-х годах. На сегодняшний день биолюминесценция гидроидных фотопротеинов, например, акворина и обелина, хорошо изучена. Свечение фотопротеинов из гребневиков, несмотря на их значительные различия в строении с гидроидными белками, проходит по такому же механизму, однако, только им свойственна необратимая потеря биолюминесцентных свойств под действием видимого света, называемая фотоинактивацией. Было известно, что хромофор (2-гидропероксицелентеразин) белка необратимо деградирует после облучения с образованием продуктов неизвестного строения, однако механизм и причины такой особенности фотопротеинов гребневиков не были установлены. Первые попытки выделить продукты световой инактивации 2-гидропероксицелентеразина и определить их структуру не были успешными и приводили к противоречивым результатам [3].

foto-grebn.jpg  

В результате совместной работы сотрудников Лаборатории химии метаболических путейЛаборатории биомолекулярной ЯМР-спектроскопииЛаборатории биоинформационных методов комбинаторной химии и биологии ИБХ РАН и Лаборатории фотобиологии Института биофизики СО РАН впервые были выделены продукты фотоинактивации 2-гидропероксицелентеразина из рекомбинантного фотопротеина Beroe abissycola беровина. Методами ЯМР и масс-спектрометрии было показано, что это изомерные соединения, имеющие ту же массу, что и исходный хромофор, однако сильно отличающиеся по спектральным свойствам. Благодаря усилиям Лаборатории химии метаболических путей методом встречного синтеза была окончательно подтверждена структура выделенных природных соединений - это необычные продукты деградации целентеразина гидантоиновой природы. Согласно предложенному авторами механизму, в ходе фотоинактивации происходит расщепление С-С связи в пиразиновом кольце 2-гидропероксицелентеразина. Похожий механизм расщепления был ранее обнаружен при окислении хромофоров GFP-подобных флуоресцентных белков [4]. Склонность беровина к фотоинактивации позволяет предполагать, что 2-гидропероксицелентеразин в белке, в отличие от гидроидных фотопротеинов, координирован в форме аниона. И несмотря на то, что до сих пор не совсем понятен приспособительный смысл такого процесса для жизнедеятельности гребневиков, еще одна тайна природы была раскрыта.

berovin.jpg 
​Литература
  1. Martini, S.; Kuhnz, L.; Mallefet, J.; Haddock, S. H. D. Sci. Rep., 2019, 9 (1), 14654.
  2. Shimomura, O.; Yampolsky, I. Bioluminescence: Chemical Principles and Methods, 3rd ed.; World Scientific: Singapore, 2019.
  3. (a) Anctil, M.; Shimomura, O. Biochem. J. 1984, 221 (1), 269−272. (b) Ward, W. W.; Seliger, H. H. Photochem. Photobiol. 1976, 23 (5), 351−363.
  4. Ivashkin, P. E.; Lukyanov, K. A.; Lukyanov, S.; Yampolsky, I. V. J. Org. Chem. 2011, 76 (8), 2782−2791.




Похожие новости

  • 17/07/2020

    СО РАН направляет в Арктику большую норильскую экспедицию

    ​​Группа ученых из Российской академии наук всесторонне изучит экологическую среду территории и представит предложения и рекомендации по наилучшим природосберегающим решениям для деятельности промышленных компаний в Арктическом регионе.
    4750
  • 07/07/2020

    Ученые создали метод одностадийной переработки древесины в целлюлозу и ванилин

    ​​ Ученые ФИЦ «Красноярский научный центр СО РАН» вместе с коллегами из Сибирского федерального университета и Института исследований катализа и окружающей среды Лиона (Франция) разработали новые методы производства микрофибриллированной и нанокристаллической целлюлозы и ванилина из древесины лиственницы.
    1201
  • 11/12/2020

    Главный результат Большой Норильской экспедиции: исследования необходимо продолжать

    ​На московской площадке Российской академии наук состоялось обсуждение итогов полевого и лабораторного этапов Большой Норильской экспедиции (БНЭ), организованной Сибирским отделением РАН и компанией «Норникель».
    1561
  • 22/03/2021

    Ускоренный отбор. Генетические технологии обеспечивают продовольственную безопасность

    ​ В свое время создание сорта яровой пшеницы «Новосибирская-67» окупило первую очередь строительства Новосибирского Академгородка, как отмечал отец-основатель Сибирского отделения АН СССР академик Михаил Лаврентьев.
    728
  • 06/08/2020

    Из самой маленькой в мире светящейся молекулы сделали тест на клещевой энцефалит

    ​​Светящийся белок, выделенный из морского рачка Metridia longa, самый маленький из открытых биолюминесцентных ферментов, был впервые использован учеными в тестах на клещевой энцефалит. Одного миллиграмма такого белка может хватить для ста тысяч точных анализов по определению наличия вируса клещевого энцефалита.
    1170
  • 28/05/2021

    Мальки боганидского гольца переехали с Таймыра на «большую землю»

    ​Три тысячи мальков уникальной породы рыбы, боганидского гольца, перевезли из Норильска в Федеральный селекционно-генетический центр рыбоводства в Ленинградской области и на ООО «Малтат» в Красноярском крае для выращивания маточного стада.
    1776
  • 26/02/2020

    Ученые ищут микрочастицы Тунгусского метеорита в озерах

    Все предположения о природе Тунгусского метеорита или Тунгусского космического тела (ТКТ), взорвавшегося и упавшего в Восточной Сибири в 1908 г. до сих пор остаются только гипотезами. Ученые Института ядерной физики им.
    1016
  • 04/08/2021

    Первый юбилей: Федеральному исследовательскому центру в Красноярске 5 лет

    ​​​1 августа исполнилось 5 лет с момента создания Федерального исследовательского центра «Красноярский научный центр СО РАН». При создании центра многие институты и подразделения испытывали опасения, связанные с созданием столь крупной организации.
    371
  • 21/01/2019

    Ученые исследовали биологическую активность углеродных наноструктур

    ​​Ученые Института биофизики Сибирского отделения Российской академии наук и Сибирского федерального университета исследовали биологическую активность углеродных наноструктур искусственного и естественного происхождения.
    2749
  • 03/06/2021

    Алмазные наноиглы для квантовых устройств и детекторов станут доступнее

    Российские ученые совместно с финскими коллегами усовершенствовали метод получения алмазных игл, что делает их более доступными для различных применений, включая квантово-оптические сенсоры. Новый способ использует синтез алмаза из смеси водорода и метана при активации газовой среды методом «горячей нити».
    1342