Структурная уникальность зелено- и красночувствительного фотосенсора у цианобактерий

Японская исследовательская группа определила молекулярную структуру фотосенсорного белка RcaE, который позволяет некоторым цианобактериям использовать для фотосинтеза как зеленый, так и красный свет. Ученые раскрыли уникальную конформацию билинового хромофора и структуру белка, потенциально функционирующую как путь переноса протона к билину. Также было показано, что RcaE подвергается протонированию и депротонированию билинового хромофора во время зеленой и красной фототрансформации.

Ключевые результаты:

• Методом рентгеновской кристаллографии определена высокоразрешающая структура RcaE в красно-поглощающем состоянии.
• Билиновый хромофор демонстрирует конформацию с копланарными кольцами A-C, где атомы азота обращены внутрь, а азот наклоненного D-кольца — наружу (структура C15-E,syn).
• В билин-связывающем кармане обнаружена пористая полость, содержащая молекулы воды. Кластеризованные молекулы воды соединены водородными связями с атомами азота колец A-C билина через консервативный кислый остаток Glu217.
• Методом ЯМР-спектроскопии на ядрах ¹⁵N показано, что в красно-поглощающем состоянии все четыре пиррольных атома азота билина протонированы, а в зеленопоглощающем состоянии один атом азота депротонирован.
• Предполагается, что уникальная пористая полость функционирует как путь для входа или выхода протона во время фототрансформации.

Эти результаты дают представление о том, как цианобактерии эволюционировали, развивая фотосенсоры с различной спектральной чувствительностью, и могут внести вклад в разработку новых фоторегуляторов экспрессии генов для синтетической биологии.