Isolieren und die Einbeziehung von Licht-ernten Antennen von Diatomee Cyclotella Meneghiniana in Liposomen mit Thylakoidmembran Lipide

Photosynthetische Organismen wie Kieselalgen müssen mit wechselnden Lichtverhältnissen bewältigen und mit anspruchsvollen Akklimatisierung Mechanismen, die nachhaltig hohe photosynthetischen Leistungsfähigkeit und schützt vor Foto-oxidative Schäden, die durch das übermäßige Licht reagieren. Ein bedeutenden Licht-Schutz-Prozess in den photosynthetischen Eukaryotes ist die hochenergetische abschrecken (Q_E) absorbiert Licht, das auftritt, als der wichtigste Beitrag zur nicht-photochemische abschrecken (NPQ) unter Lichtstress Bedingungen^{1,2 ,3}. Die leichte Ernte Antennenkomplexe (LHC) sind bei der Regulierung der Übertragung Energiebahnen Erregung beteiligt. Als Reaktion auf hohe Licht induzierten niedriger pH-Wert in den Chloroplasten Lumen, die Antenne System Schalter aus dem Licht, die Ernte in den abschrecken Zustand. Dieses dissipativen Energiezustand verhindert photosysteme (PS) und anderen Anlagen in der Thylakoidmembran Membran Photooxidation. In den photosynthetischen Eukaryotes wird Q_E in der Regel durch zwei Faktoren^1,2,3induziert. Ein Faktor ist das spezielle Licht Ernte Protein, das auf den niedrigen pH-Wertreagiert. Die PsbS-Protein induziert die Q_E in höheren Pflanzen⁴. LhcSRs⁵, moduliert durch PsbS Aktivität induzieren die Q_E in Grünalgen⁶. Kieselalgen besitzen Lhcx-ähnliche Proteine, die strukturell verwandt mit LHCSRs^7,8,9,10.

Der zweite Faktor q_E ist das Xanthophyll Zyklus wo Carotinoide der Antenne in Form eines Foto-Schutz durch de-Epoxidierung umgewandelt und durch Epoxidierung zurückgesetzt. In Pflanzen und Grünalgen wird Violaxanthin in Zeaxanthin konvertiert. In Diatomeen ist Diatoxanthin, Diadinoxanthin konvertiert, die dann mit dem Ausmaß der NPQ^{11 korreliert}. Die Diatomee Licht Ernte Antenne besitzt einige Besonderheiten, obwohl es evolutionär im Zusammenhang mit Pflanzen und Algen LHCs ist. Der Wechsel von Licht, die Ernte bis zur Foto-Schutz ist enorm schnell und die NPQ Kapazität ist höher im Vergleich zu Pflanzen¹². Dies könnte ein Grund sein, warum Diatomeen sind sehr erfolgreich in verschiedenen ökologischen Nischen in einer Weise, die sie für bis zu 45 % der ozeanischen Primärproduktion¹³verantwortlich sind. Diatomee leichte Ernte Systeme sind daher ein interessantes Objekt der Fotosynthese Forschung.

Diatomeen, wie die centric Art Cyclotella Meneghiniana Thylakoidmembran inneren Licht Ernte Systeme benannt nach die Pigmente, die sie besitzen binden – Fucoxanthin, Chlorophyll (Chl) a und C, also FCP Licht Ernte Proteine, wie z. B. FCPs, sind eingebettet in die Thylakoidmembran-Membran-System, bestehend aus mehreren Schichten der Membran. Kieselalgen bilden Bands der drei Thylakoids. Dieser Komplex Situation macht es schwierig, sie zu studieren, auf molekularer Ebene in die Thylakoidmembran Membran. Darüber hinaus tragen viele Komponenten bei der Regulierung von Licht, die Ernte (siehe oben). Daher wurden in vielen Ansätzen, die komplexe isoliert aus der Membran mit Feinwaschmittel, wie n-Dodecyl-β-D-Maltopyranoside (β-DDM), die anderweitig der Membran aber die FCP-komplexe intakt zu halten. Viele spektroskopische Untersuchungen wurden durchgeführt mit solubilisiert FCP, um Intramolekulare Energie Übertragung^14,15,16,17zu untersuchen. Jedoch war dieser ehemaligen Ansatz beschränkt, da die Regulierung der Energieübertragung excitonic Interaktion mit anderen Antennenkomplexe oder photosysteme braucht. Daher können nicht diese Art von Studien mit solubilisiert komplexe erfolgen, weil die Interaktion zwischen komplexen verloren geht.

Ein wichtiges Merkmal im Antenne-Verordnung ist die “Molekulare Verdrängung” der Antenne und phototrophen in die Thylakoidmembran Membran¹⁸. Früher ein einfacher Ansatz wurde durchgeführt, um diesen Effekt zu simulieren in-vitro-. Das Waschmittel wurde entfernt, was zu zufälligen Aggregation der Antennenkomplexe führt. Obwohl einige vernünftigen Daten von diesem Ansatz^17,19erworben wurde, das Reinigungsmittel entfernen spiegelt nicht die Situation in Vivo und hat einige Einschränkungen, da die komplexe nicht in ihre regelmäßigen Tertiär interagieren Struktur.

Die Verwendung von Liposomen überwindet einige der ehemaligen Einschränkungen. Die Tertiärstruktur ist noch völlig intakt. Der liposomenmembran bietet eine quasi-native Umgebung für die Antennenkomplexe. Die Membran trennt das Innere der Liposomen aus der äußeren Umgebung. Auf diese Weise bieten Liposomen zwei Reaktion Fächer für Studien von Ionen und pH Gradienten sowie Transportprozesse. Darüber hinaus können die Parameter des experimentellen Systems leichter für Studien in der Thylakoidmembran Membran gesteuert werden. Liposomen bereits erwiesen sich ein ausgezeichnetes Werkzeug, photosynthetischen komplexe zu studieren. Ein wichtiger Schwerpunkt in der Vergangenheit wurde auf Pflanze LHC, wo die Wirkung der veränderte lipidzusammensetzung am LHC II²⁰getestet wurde. In anderen Ansätzen Proteinprotein Interaktionen zwischen verschiedenen LHC II waren untersuchten²¹. Darüber hinaus wurden einige Studien in Grünalgen durchgeführt, die beschreiben, spontane clustering zwischen LHC²². In Anbetracht der Bedeutung von Kieselalgen für aquatische Ökosysteme wurden relativ wenige Studien mit Antennenkomplexe von Kieselalgen durchgeführt. Zwei Studien untersuchten die Antennenkomplexe centric Cyclotella Meneghiniana, wo das clustering der FCP Antenne²³ und Reaktionsfähigkeit des FCP auf elektrochemischen Gradienten²⁴ wurden gezeigt. Liposomen sind somit ein hervorragendes Instrument Diatomee Antennen und deren Interaktion und Regulierung in fast native Bedingungen zu studieren. Die Liposomen sind vielseitig, da viele Bedingungen wie lipidzusammensetzung, Liposomen Größe, Protein-Dichte und die umgebende wässrige Phase angesteuert werden. Die Methode erfordert darüber hinaus geringe Mengen an Proben. Die experimentelle System ist robust und hoch reproduzierbare. Die Abschottung der Liposomen ermöglicht Studium pH und Ionen-Gradienten, die wichtig sind bei der Regulierung der Antennenkomplexe Faktoren.

Hier beschreiben wir die Isolation der FCP Antennenkomplexe von C. Meneghiniana und ihre Eingliederung in den Liposomen mit natürlichen Thylakoidmembran lipidzusammensetzung. Auch wir bieten beispielhafte Daten für die spektroskopische Charakterisierung von solubilisiert FCP und vergleichen Sie sie mit FCP in Liposomen. Die Methode fasst wissen und standardisierte Protokolle von den Verbesserungen der Gundermann und Büchel 2012²³, Natali Et Al. 2016²²und Ahmad und Dietzel 2017²⁴erhalten.

Abbildung 1: Schematische Darstellung des Workflows. (1) bezieht sich auf Absatz 1 beschreibt Zellwachstum, Störung und Thylakoidmembran Isolation mit FCP Trennung im Anschluss an Saccharose Dichtegradienten; C. m. –Cyclotella Meneghiniana Zellen. (2) Vorbereitung der natürlichen Thylakoidmembran Lipid Mischung (MGDG, DGDG und SQDG) gemäß Absatz 2 und die Schaffung von Lipid-Reinigungsmittel Micellen mit Octylglycoside (OG). Eine definierte Lipid-Micelle Größe wird durch Extrusion mit Membranen von einer definierten Porendurchmesser erreicht. FCP und Lipid-Mizellen sind vereint in einem vordefinierten Lipid: Protein-Verhältnis und die Reinigungsmittel OG und β-DDM sind entfernte über kontrollierte Dialyse FCP Proteoliposomes bilden. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.