بررسی اثر دوقطبی الکتریکی مارپیچ‌های آلفای موازی ناهمسو بر ساختار و عملکرد فتوپروتئین نمیوپسین 2

در این پژوهش، میانکنش الکترواستاتیک بین سومین و چهارمین مارپیچ‌های موازیِ ناهمسو در نمیوپسین 2 مورد مطالعه قرار گرفت. بر حسب شیوه توزیع آمینواسیدهای باردار مثبت و منفی در انهای آمینی و کربوکسیلی مارپیچ‌ها، آن‌ها را به عنوان دو نانوسیم با ماهیت دوقطبی الکتریکی فرض کردیم. از طریق جهش دادن فنیل‌آلانین به آرژنین در موقعیت 87 از مارپیچ چهارم، هدف ما تقویت دوقطبی الکتریکی این مارپیچ بوده است. برای ایجاد مدل از ساختار سه‌بُعدی از فتوپروتئین‌های وحشی و جهش‌یافته از برنامه modeller استفاده شد و از تکنیک جهش‌زایی هدفمند برای تهیه سیستم بیان استفاده شد. بر اساس نتایج اندازه‌گیری فعالیت، در حالی‌که فتوپروتئین وحشی در شروع واکنش سرعت عمل بیشتر داشته و ثابت سرعت بالاتری دارد، فتوپروتئین جهش‌یافته به طور معناداری بازدهی بالاتری به اندازه تقریبا دو برابر در فوتون‌های نشری نشان داد. اندازه‌گیری فلوئورسانس ذاتی نشان داد که محیط اطراف کروموفورها در فتوپروتئین جهش‌یافته دچار تغییراتی شده و منجر به فاصله گرفتن عوامل فرونشان از آن‌ها شده است. با این‌حال، بر اساس طیف‌های فلوئورسانس مبتنی بر ans، ساختار کلی پروتئین جهش‌یافته از فشردگی بیشتری برخوردار است. بر اساس آزمایش‌های واسرشتگی حرارتی، اگرچه دمای ذوب (tm) بی‌تغییر باقی مانده است، با این‌وجود، تغییر آنتالپی فرآیند واسرشتگی در فتوپروتئین جهش‌یافته به طور معناداری افزایش یافته است که نشان‌دهنده افزایش پدیده متعاون بودن در میانکنش‌های پایدار‌کننده است. سرانجام، چنین نتیجه‌گیری شد که افزایش متعاون‌شدگی بین میانکنش‌های پایدار‌کننده در فتوپروتئین جهش‌یافته، ساختار طبیعی پروتئین را پایدارتر کرده و منجر به افزایش جمعیت کمپلکس‌های عملکردی و در نتیجه افزایش بازدهی در فوتون‌های نشری می‌شود.

investigating the effect of electric dipole of antiparallel alpha helices on the structure and function of photoprotein mnemiopsin 2

in this study, the electrostatic interactions between the third and fourth antiparallel helices of mnemiopsin 2 have studied. due to the distribution of the positive and negatively charged residues at the c- and n-terminals of helices, we treated them as two antiparallel nanowires with electric dipole character. by mutating phe87 to arg, we aimed to enhance the electric dipole of the fourth helix. the modeller program was employed to generate the tertiary structure of the wild-type and mutant proteins. the expression system was prepared using the site-directed mutagenesis procedure. activity measurements revealed that while the wild-type protein exhibited faster reaction initiation and a higher decay rate. however, the mutant displayed a significantly higher photon yield, approximately double that of the wild-type. intrinsic fluorescence measurements indicated that the microenvironment around the chromophores in the mutant photoprotein had altered, leading to increased distance of chromophores from internal quenchers. however, the overall structure of the mutant protein became more compact, as confirmed by the ans-based fluorescence. heat-induced denaturation experiments showed that while the melting temperature (tm) remained unaffected, the enthalpy change of denaturation increased significantly in the mutant, suggesting enhanced cooperativity in the intramolecular stabilizing interactions. finally, it was concluded that increasing the cooperativity between the stabilizing interactions in the mutant protein, stabilize the native structure, leading to a higher population of functional complexes and, consequently, a higher photon yield.