Cytochromy sinicowe struktura a właściwości. Paweł Zatwarnicki. Streszczenie pracy doktorskiej

Podobne dokumenty
dr hab. inż. Piotr Dobryszycki, prof. PWr RECENZJA

wielkość, kształt, typy

UNIWERSYTET JAGIELLOŃSKI Wydział Biochemii, Biofizyki i Biotechnologii ul. Gronostajowa 7, Kraków

(węglowodanów i tłuszczów) Podstawowym produktem (nośnikiem energii) - ATP

Metabolizm komórkowy i sposoby uzyskiwania energii

Proplastydy. Plastydy. Chloroplasty biogeneza. Plastydy

TEORIA KOMÓRKI (dlaczego istnieją osobniki?)

TEORIA KOMÓRKI (dlaczego istnieją osobniki?)

Na początek przyjrzymy się więc, jak komórka rośliny produkuje ATP, korzystając z energii światła w fazie jasnej fotosyntezy.

Mitochondria. siłownie komórki

Dr. habil. Anna Salek International Bio-Consulting 1 Germany

RAPORT ROCZNY/KOŃCOWY 1)

Dlaczego warto zajmować się fotosyntezą?

Badanie oddziaływania polihistydynowych cyklopeptydów z jonami Cu 2+ i Zn 2+ w aspekcie projektowania mimetyków SOD

Translacja i proteom komórki

oksydacyjna ADP + Pi + (energia z utleniania zredukowanych nukleotydów ) ATP

Mitochondria - siłownie komórki

Transformatory energii (mitochondria i chloroplasty) Pochodzenie mitochondriów i chloroplastów

Absorpcja związana z defektami kryształu

Oddychanie komórkowe. Pozyskiwanie i przetwarzanie energii w komórkach roślinnych. Oddychanie zachodzi w mitochondriach Wykład 7.

Wykazanie obecności oksydoreduktaz w materiale biologicznym

Materiały pochodzą z Platformy Edukacyjnej Portalu

EWA PIĘTA. Streszczenie pracy doktorskiej

Wybrane techniki badania białek -proteomika funkcjonalna

Możliwości współczesnej inżynierii genetycznej w obszarze biotechnologii

dr hab. Mikołaj Olejniczak, prof. UAM Zakład Biochemii 16 grudnia 2018, Poznań

Przemiana materii i energii - Biologia.net.pl

Wybrane techniki badania białek -proteomika funkcjonalna

Substancje o Znaczeniu Biologicznym

Identyfikacja substancji pochodzenia roślinnego z użyciem detektora CORONA CAD

RECENZJA. rozprawy doktorskiej mgr inż. Marii Rutkiewicz

MATERIAŁY Z KURSU KWALIFIKACYJNEGO

Proteomika: umożliwia badanie zestawu wszystkich lub prawie wszystkich białek komórkowych

Bliskie spotkania z biologią FOTOSYNTEZA. dr inż. Magdalena Kulczyk-Skrzeszewska Katedra Mykologii i Mykoryzy Instytut Biologii Środowiska

Eukariota - błony wewnątrzkomórkowe. Błony wewnętrzne stanowiące granice poszczególnych. przedziałów komórki i otaczające organelle komórkowe

Właściwości błony komórkowej

protos (gr.) pierwszy protein/proteins (ang.)

Warszawa, 25 sierpnia 2016

Przegląd budowy i funkcji białek

CHARAKTERYSTYKI SPEKTRALNE UTLENIONEJ I ZREDUKOWANEJ FORMY CYTOCHROMU C

Structure and Charge Density Studies of Pharmaceutical Substances in the Solid State

4.1 Hierarchiczna budowa białek

Budowa aminokwasów i białek

Biochemia zadymionych komórek

SESJA 6 BŁONY KOMÓRKOWE: SYGNALIZACJA I BIOENERGETYKA WARSZTATY

MOLEKULARNA SZYNA ELEKTRYCZNA

PODSTAWY BIOINFORMATYKI WYKŁAD 4 DOPASOWANIE SEKWENCJI

Geny i działania na nich

TATA box. Enhancery. CGCG ekson intron ekson intron ekson CZĘŚĆ KODUJĄCA GENU TERMINATOR. Elementy regulatorowe

Generator testów bioinformatyka wer / Strona: 1

Fizjologia nauka o czynności żywego organizmu

Woda. Najpospolitsza czy najbardziej niezwykła substancja Świata?

Właściwości błony komórkowej

Rozkład materiału z biologii dla klasy III AD. 7 godz / tyg rok szkolny 2016/17

Reakcje zachodzące w komórkach

WARUNKI ZALICZENIA PRZEDMIOTU- 5 ECTS

października 2013: Elementarz biologii molekularnej. Wykład nr 2 BIOINFORMATYKA rok II

Do zapisu danych w pliku PDB używa się znaków ASCII o graficznej reprezentacji czyli:

Recenzja(rozprawy(doktorskiej(( Pana(mgr(inż.(Jacka(Mojskiego(

spektroskopia elektronowa (UV-vis)

Charakterystyka izoenzymów aminotransferazy asparaginianowej z siewek pszenicy zwyczajnej (Triticum aestivum L.)

EKOLOGIA. Początek Wszechświata. Historia Ziemi. Historia świata w pigułce

Porównywanie i dopasowywanie sekwencji

DNA musi współdziałać z białkami!

Rozmycie pasma spektralnego

Jajko czy kura? czyli gdzie dwóch się bije, tam trzeci korzysta

PODSTAWY BIOINFORMATYKI WYKŁAD 4 DOPASOWANIE SEKWENCJI

Informacje. W sprawach organizacyjnych Slajdy z wykładów

Copyrights LCE LOGOS Centrum Edukacyjne Fotosynteza

Bliskie spotkania z biologią METABOLIZM. dr hab. Joanna Moraczewska, prof. UKW. Instytut Biologii Eksperymetalnej, Zakład Biochemii i Biologii Komórki

Pytania Egzamin magisterski

The Role of Maf1 Protein in trna Processing and Stabilization / Rola białka Maf1 w dojrzewaniu i kontroli stabilności trna

Making the impossible possible: the metamorphosis of Polish Biology Olympiad

ROZSTRZYGNIĘCIE KONKURSU I FIRMY MERCK SP. Z O.O. W 2011 ROKU

Aminokwasy, peptydy i białka. Związki wielofunkcyjne

ROZPORZĄDZENIE KOMISJI (UE) / z dnia r.

Plan działania opracowała Anna Gajos

MECHANIZM DZIAŁANIA HERBICYDÓW

Analizy DNA in silico - czyli czego można szukać i co można znaleźć w sekwencjach nukleotydowych???

wykład dla studentów II roku biotechnologii Andrzej Wierzbicki

Znamy tylko kilka typów monomerów, ale z nich powstają miliony. Poza wodą, biomolekuły dzielimy na cztery klasy:

Funkcje błon biologicznych

Nowoczesne systemy ekspresji genów

Prof. dr hab. Krzysztof Lewiński Kraków, Wydział Chemii Uniwersytetu Jagiellońskiego

Instrukcja do Gry Fold it

Badanie oddziaływań związków biologicznie aktywnych z modelowymi membranami lipidowymi

Bioinformatyka wykład 9

STRESZCZENIE PRACY DOKTORSKIEJ

Podstawy biologii. Informacja, struktura i metabolizm.

Kamila Muraszkowska Znaczenie wąskich gardeł w sieciach białkowych. źródło: (3)

WPROWADZENIE DO GENETYKI MOLEKULARNEJ

Biochemia Oddychanie wewnątrzkomórkowe

Badanie procesów zwijania i agregacji GFP i jego mutantów. Monika Olasek, Zakład Biofizyki IFD UW

DNA superhelikalny eukariota DNA kolisty bakterie plazmidy mitochondria DNA liniowy wirusy otrzymywany in vitro

ĆWICZENIE 3 LUMINOFORY ORGANICZNE I NIEORGANICZNE.

Wykład z Chemii Ogólnej

OKSYDOREDUKTAZY WPROWADZENIE

Optyczna spektroskopia oscylacyjna. w badaniach powierzchni

dr inż. Beata Brożek-Pluska SERS La boratorium La serowej

Slajd 1. Slajd 2. Proteiny. Peptydy i białka są polimerami aminokwasów połączonych wiązaniem amidowym (peptydowym) Kwas α-aminokarboksylowy aminokwas

Transkrypt:

Cytochromy sinicowe struktura a właściwości Paweł Zatwarnicki Streszczenie pracy doktorskiej W komórkach organizmów fotosyntezujących obecność mobilnych przenośników elektronów umożliwia oddziaływanie pomiędzy kluczowymi kompleksami błonowymi aparatu fotosyntetycznego. W obrębie dwuwarstwy fosfolipidowej, za transport elektronów pomiędzy fotosystemem II a kompleksem cytochromów b 6 f odpowiadają cząsteczki plastochinonu. W lumen tylakoidów, pomiędzy kompleksem cytochromów b 6 f a fotosystemem I, elektrony transportowane są przez metaloproteiny: cytochrom c 6 i/lub plastocyjaninę. Cykl przepływu elektronów rozpoczyna się, gdy elektron przekazywany jest z cytochromu f (będącego częścią kompleksu b 6 f) na utlenioną formę metaloprotein (cytochrom c 6 związany z kationem Fe 3+ lub plastocyjaninę związaną z kationem Cu 2+ ). W rezultacie powstaje zredukowany nośnik elektronów, który w lumen przemieszcza się w stronę fotosystemu I. Cykl przepływu elektronów zamyka się, gdy elektron przekazywany jest z metaloproteiny na fotoutleniony dimer cząsteczek chlorofilu P700 +. Fotosyntetyczny transport elektronów to nie jedyna funkcja sinicowych cytochromów c 6 oraz plastocyjaniny. W obrębie błon tylakoidów, fotosyntetyczny i oddechowy łańcuch transportu elektronów fizycznie nakładają się ze sobą. Analogiczne kompleksy białkowe zlokalizowane w błonach cytoplazmatycznych są z kolei odpowiedzialne wyłącznie za oddechowy łańcuch transportu elektronów. Tym samym, kompleks cytochromów b 6 f, pula chinonów oraz cytochrom c 6 zostały uznane za elementy wspólne sinicowych procesów oddychania i fotosyntezy. Trzecim procesem, w który zaangażowane są sinicowe cytochromy c 6, to proces anoksygenicznej fotosyntezy, gdzie źródłem elektronów jest siarkowodór. W procesie tym, cytochrom c 6 przenosi elektrony z puli chinonów na centra żelazowo-siarkowe w procesie anaerobowego utleniania siarczków.

Pomijając dość dobrze poznaną i scharakteryzowaną grupę cytochromów c 6, w genomach wielu gatunków sinic można odnaleźć sekwencje kodujące cytochromy podobne do c 6 (ang. cytochromes c 6 -like). W przeciwieństwie do klasycznych cytochromów c 6, cytochromy te są grupą białek o nieznanej funkcji i słabo określonych właściwościach. Badania prowadzone w ciągu ostatnich lat w Zakładzie Biofizyki doprowadziły do wyodrębnienia dwóch nowych grup cytochromów podobnych do c 6. W związku z wcześniejszym odkryciem roślinnych cytochromów c 6A, grupy te nazwano analogicznie c 6B oraz c 6C. Chloroplastowe cytochromy c 6A są dość blisko spokrewnione z rodziną sinicowych cytochromów c 6B. Geny kodujące cytochromy c 6B obecne są głównie w genomach gatunków morskich sinic niezdolnych do wiązania azotu - Procholorococcus oraz Synechococcus. Z kolei sinice wiążące azot, jednokomórkowe bądź wytwarzające heterocysty, często zawierają w genomach sekwencje kodujące cytochromy z grupy c 6C. Ciekawym wyjątkiem w tej grupie jest cytochrom PetJ2 z sinicy Synechococcus sp. PCC 7002, nie posiadającej genów nif. Obecność genów kodujących cytochromy podobne do c 6 w genomach wielu sinic daje podstawy do rozszerzenia hipotez dotyczących funkcji tychże białek w procesach biochemicznych komórek sinicowych. Różnorodność gatunkowa sinic posiadających geny cytochromów podobnych do c 6 wskazuje, że ta rodzina białek pojawiła się stosunkowo wcześnie w historii ewolucji sinic. W porównaniu do ogromu prac naukowych traktujących o cytochromach w ogóle, cytochromy podobne do c 6 są niemalże niezauważalne w literaturze. W związku z powyższym, autor tej rozprawy podczas pracy doktorskiej podjął się prac mających na celu poszerzenie wiedzy dotyczącej cytochromów c 6, a w szczególności cytochromów podobnych do c 6. Celem nadrzędnym było uzyskanie struktur krystalograficznych tychże cytochromów i odniesienie ich do podstawowych właściwości biochemicznych. Praca ta jest poświęcona w dużej mierze trzem cytochromom: PetJ1 (przedstawiciel rodziny cytochromów c 6 ), PetJ2 (przedstawiciel rodziny cytochromów c 6C ) z Synechococcus sp. PCC 7002 oraz cytochromowi c 6B z Synechococcus sp. WH 8102.

Pierwszy projekt składający się na ogół pracy doktorskiej dotyczył określenia funkcji unikalnej dla sinicowych cytochromów c 6 pętli K 44 -S 49, zlokalizowanej pomiędzy II. a III. helisą α cytochromu PetJ1 z Synechococcus sp. PCC 7002. Transformacja komórek sinicowych genem petj1 z usuniętą sekwencją kodującą unikalną pętlę pokazała, że komórki sinicy nie są w stanie prawidłowo funkcjonować, jeśli z cytochromu PetJ1 usunięta zostanie pętla K 44 -S 49. Stosując ekspresję heterologiczną w komórkach E. coli uzyskano cytochrom PetJ1 dl6 z usuniętą pętlą. Dalsza badania pozwoliły określić wpływ pętli na właściwości biochemiczne. Usunięcie pętli skutkuje spadkiem potencjału redoks z +333.4 mv (typ dziki PetJ1) do +235.8 mv (mutant delecyjny PetJ1 dl6). Bez istotnych zmian pozostał za to punkt izoelektryczny oraz właściwości spektralne (absorbancja w zakresie UV-Vis). Pomimo wielu prób, nie udało się uzyskać kryształów białkowych, które mogłyby być wykorzystane do rozwiązania struktury krystalograficznej i dalej do rzetelnego wyjaśnienia funkcji unikalnej pętli. Kolejnym elementem pracy doktorskiej było porównanie struktur i właściwości cytochromu PetJ1 Synechococcus sp. PCC 7002 z jego mutantem punktowym PetJ1 Q57V. Badania pokazały, że zamiana glutaminy na walinę w obrębie kieszeni hemowej (pozycja 57) skutkuje znaczącym obniżeniem potencjału redoks: z +333.4 mv (typ dziki PetJ1) do +239.4 mv (PetJ1 Q57). Dodatkowo zaobserwowano efekt batochromowy (przesunięcie maksimum absorpcji pasma α zredukowanego cytochromu w stronę światła czerwonego: z 553.2 nm do 555.9 nm). Bez zmian pozostał punkt izoelektryczny. Rozwiązanie struktury krystalograficznej mutanta PetJ1 Q57V (PDB:4EID, rozdzielczość 1.13 Å) i porównanie go ze strukturą cytochromu PetJ1 typu dzikiego pozwoliło na wyjaśnienie natury tych zmian. Trzeci element pracy doktorskiej to porównania struktur i właściwości cytochromu PetJ2 Synechococcus sp. PCC 7002 oraz jego mutanta punktowego PetJ2 L50Q. W tym przypadku potwierdzono ponownie, że obecność reszty aminokwasowej z polarnym łańcuchem bocznym w obrębie kieszeni hemowej ma istotny wpływ na właściwości biochemiczne. Zamiana hydrofobowego łańcucha bocznego leucyny na hydrofilowy łańcuch glutaminy w pozycji 50 cytochromu PetJ2 skutkuje podniesieniem potencjału redoks ze +150.2 mv do +202.9 mv. Obserwuje się też efekt hipsochromowy (przesunięcie maksimum absorpcji pasma α zredukowanego

cytochromu w stronę światła czerwonego: PetJ2 WT: 556,1 nm; PetJ2 L50Q: 553,5 nm). Dalsze prace umożliwiły rozwiązanie struktur krystalograficznych cytochromu PetJ2 typu dzikiego (PDB: 4EIE, rozdzielczość 1.03 Å) oraz mutanta punktowego L50Q (PDB:4EIF, rozdzielczość 1.04 Å). Porównanie struktur pokazało, że mutacja punktowa nie wpływa na ogólną strukturę trzeciorzędową, a jedynie na sieć oddziaływań wodorowych w obrębie kieszeni hemowej, co tłumaczy zmiany właściwości biochemicznych. Struktury cytochromu PetJ2 typu dzikiego oraz mutanta punktowego PetJ2 L50Q są pierwszymi strukturami cytochromów c 6C opublikowanymi w bazie PDB. Ostatni, najważniejszy element pracy doktorskiej to określenie właściwości i struktury cytochromu c 6B z Synechococcus sp. WH 8102. Strukturę tego cytochromu, udokładnioną do rozdzielczości 1.40 Å, zdeponowano w bazie PDB pod kodem dostępu 4KMG. Jest to pierwsza struktura białka z rodziny cytochromów c 6B zdeponowana w bazie PDB. Unikalna dla tego cytochromu jest struktura β-spinki, obecna za III helisą α. Porównanie właściwości tegoż cytochromu z cytochromem PetJ1 Synechococcus sp. PCC 7002 pokazało szereg różnic. Zwraca uwagę przede wszystkim niski potecjał redoks: 113.2 mv (PetJ1: 333.4 mv), odmienne właściwości spektralne (maksimum absorpcji pasma α zredukowanego cytochromu przy 557.0 nm) oraz niezwykle wysoki moment dipolowy (1025 D w porównaniu do 204 D cytochromu PetJ1). Oprócz wspomnianych powyżej głównych elementów pracy doktorskiej, autor podjął się również prób uzyskania struktur krystalograficznych: cytochromu c M z Synechococcus sp. PCC 7002 oraz cytochromu f z Thermosynechococcus elongatus BP-1. Mimo wielu prób, dla cytochromu c M nie udało się wyhodować żadnych kryształów, natomiast dla cytochromu f wyhodowano kryształy w kilku warunkach z których nie udało zarejestrować się danych dyfrakcyjnych. Część wyników tejże pracy doktorskiej przedstawiono w formie struktur zdeponowanych w bazie PDB (kody dostępu: 4EID, 4EIE, 4EIF, 4KMG), komunikatów zjazdowych (36th Annual Midwest/Southeast Photosynthesis Meeting, Marshall, USA, 10.2010), plakatów (DGK-AK1 Workshop - Diffraction Data Collection Using Synchrotron Radiation, Berlin, Niemcy, 07.2011) oraz publikacji (Zatwarnicki i wsp. Cytochrome c 6B of Synechococcus sp. WH 8102

Crystal structure and basic properties of novel c 6 -like family representative, zaakceptowane w BBRC). Pozostałe rezultaty badań są przygotowywane do druku.