Submillisecond Cambios conformacionales en proteínas resueltas por fototérmica Desviación de haz

Métodos foto-térmica, como la calorimetría fotoacústica, desviación del rayo fototérmica (PDB), y rallado transitorias acoplado con excitación láser de nanosegundos representan una poderosa alternativa a los transitorios espectroscopias ópticas para los estudios con resolución temporal de los intermedios de corta duración ^1,2. En contraste con las técnicas ópticas, como la absorción transitoria y espectroscopia de IR, que supervisan el perfil de tiempo de los cambios de absorción en el cromóforo circundante; técnicas fototérmicos detectar la dependencia del tiempo de los cambios de calor / volumen y por lo tanto son herramientas valiosas para la investigación de los perfiles de tiempo de ópticamente procesos "silenciosos". Hasta el momento, la calorimetría fotoacústica y rallado transitoria se ha aplicado con éxito para estudiar la dinámica de conformación de procesos foto-inducidos, incluyendo la migración ligando diatómico en globinas ^3,4, ligando con la proteína sensor de oxígeno FixL ^5, electrón y el transporte de protones en hemo-cobre oxidasas ⁶ unND fotosistema II, así como la foto-isomerización en la rodopsina ⁷ y dinámica de conformación en criptocromo ^8.

Para ampliar la aplicación de técnicas fototérmica a los sistemas biológicos que se carece de un cromóforo y / o fluoróforo interna, la técnica de PBD se combinó con el uso del compuesto enjaulado a la foto-gatillo de un aumento en la concentración de ligando / sustrato dentro de unos pocos microsegundos o más rápido, dependiendo en el compuesto enjaulado. Este enfoque permite el monitoreo de la dinámica y de la energética de los cambios estructurales asociados con el ligando / sustrato unión a las proteínas que se carece de un fluoróforo interna o cromóforo y en escala de tiempo que no es accesible con instrumentos de parada de flujo comercial. Aquí una aplicación de PBD para supervisar la termodinámica del compuesto jaula, Ca ^{2 +} DM-nitrofen, foto-escisión, así como la cinética del Ca ^{2 +} asociación para el dominio C-terminal del sensor de calcio neuronal de Downcorriente Reguladora Element Antagonista Modulador (SUEÑO) se presenta. El Ca ^{2 +} es foto-liberado de Ca ^{2 +} DM-nitrofen dentro de 10 microsegundos y vuelve a enlazar a una jaula unphotolysed con una constante de tiempo de ~ 300 microsegundos. Por otro lado, en la presencia de apoDREAM se observa una cinética adicional que se produzca en la escala de tiempo de milisegundos y refleja la unión a la proteína ligando. La aplicación de PBD para sondear las transiciones conformacionales en los sistemas biológicos ha sido de alguna manera limitado debido a las dificultades instrumentales, por ejemplo ardua la alineación de la sonda y haz de bombeo para lograr una señal fuerte y reproducible PBD. Sin embargo, un diseño meticuloso de una instrumentación configuración, un control preciso de la temperatura, y una alineación cuidadosa del haz de la sonda y la bomba proporcionan una señal de PBD consistente y robusto que permite la monitorización de volumen resuelta en el tiempo y cambios de entalpía en una amplia escala de tiempo de 10 microsegundos a unos 200 ms. Además, en modificaciónciones del procedimiento experimental para asegurar la detección de muestra y de referencia trazas bajo temperatura idéntica, la composición del tampón, la orientación célula óptica, la potencia del láser, etc reduce significativamente el error experimental en volúmenes y entalpías de reacción medidos.