科学家揭示了橙色类胡萝卜素蛋白的光活化机制

它是蓝藻的光感受器，保护它们免受过度暴露在光下。OCP突变体的设计和生产以及最先进的光谱方法的开发使描述一种新的类胡萝卜素光化学反应成为可能。这些结果将为新的光控系统和生物材料的开发开辟前景。

　　

 

   

图像:OCP的结构

光照射是光合生物将无机化合物转化为有机化合物的必要条件。然而，如果有太多的太阳能，光系统和其他电池组件可能损坏。由于特殊的保护蛋白，这种过度兴奋转化为热量——这一过程称为非光化学猝灭。发表研究的对象OCP就是这样的捍卫者之一。1981年，它首次从古老的光合细菌群——yanobacteria的代表中分离出来。OCP由两个结构域组成，形成一个空腔，在空腔中嵌入类胡萝卜素。

“当光被类胡萝卜素分子吸收时，OCP可以从不活跃的橙色变为活跃的红色。这个过程是多阶段的，遵循复杂的事件层次结构。我们显示这些变化的异步在以往的研究中,但第一阶段的机制(OCP激活,与断裂相关的类胡萝卜素和蛋白质之间的氢键,依然没有解决,”尤金Maksimov博士说,联邦的生物技术研究中心的高级研究员拉。

科学家们利用结构生物学、生物化学、光谱学和量子化学的方法进行了全面的研究。俄罗斯科学院(Russian Academy of Sciences)联邦生物技术研究中心(Federal Research Centre for Biotechnology)的研究人员创造了一种“超级橙色”版本的OCP，它具有独特的光谱和结构特性，并以所有OCP相关蛋白中最高的空间分辨率确定了其晶体结构。

分析结果表明，在OCP中吸收光子后，类胡萝卜素分子与蛋白质的一个氨基酸残基之间可能发生电荷分离反应。在黑暗中，这种氢键稳定了橙色OCP状态，但在光照下，由于类胡萝卜素分子中电子密度的重新分布，它很快就被打破了。结果，蛋白质变成了一个偶极子，这导致了它整个结构的改变。首次描述了类胡萝卜素的光化学反应。

“我们的发现将允许控制OCP激活过程及其光谱特性。因此，这可以导致新的光控系统和基于光活性蛋白的“智能”生物兼容材料的创造，用于光遗传学和功能成像。

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