Wasser in Öl-Emulsionen: Ein neues System für die Montage wasserlösliche Chlorophyll-bindenden Proteine ​​mit hydrophober Pigments

Hydrophobe Pigmente wie Chlorophylle (Chls), bacteriochlorophylls (BChls) und Carotinoide sind die primären Cofaktoren in photosynthetischen Reaktionszentren und Lichtsammelproteine, die den Elektronentransport durchzuführen, und Lichtenergie Erfassung und Übertragung. Die Reaktionszentren und die meisten der Chl-bindenden Lichtsammelkomplexe sind Transmembranproteine. Die Fenna-Matthews-Olson (FMO) Protein von nicht-oxygenic photo grün-Schwefelbakterien ^1,2 und die Peridinin-Chl Protein (PCP) von Dinoflagellaten ³ sind außergewöhnliche Beispiele von wasserlöslichen Lichtsammelproteine. Die wasserlöslichen Chlorophyll – bindenden Proteinen (WSCPs) von Brassicaceae, Polygonaceae, Chenopodiaceae und Amaranthaceae Pflanzen ^{4, 5} sind ein weiteres einzigartiges Beispiel, aber im Gegensatz zu FMO und PCP, sind diese weder in einem Licht Ernte noch in einem der primären photosynthetischen Reaktions und ihre genaue PHYphysiologischen Funktionen sind noch unklar ^5-8. Ihre hohe Chl-Bindungsaffinität haben zu einem empfohlenen Funktion führte als vorübergehende Träger von Chls und Chl Derivate ^9,10. Alternativ wurde die Hypothese aufgestellt , dass WSCP spielt eine Rolle bei Spülung Chls in geschädigten Zellen und schützt vor Chl-induzierten Photooxidationsschäden ^7,11-13. In jüngerer Zeit wurde gezeigt , dass WSCP Funktionen als Protease – Inhibitor vorgeschlagen und spielt während der Blütenentwicklung ¹⁴ eine Rolle bei der Pflanzenfresser Widerstand als auch reguliert Zelltod. WSCPs werden in zwei Hauptklassen aufgeteilt, den photophysikalischen Eigenschaften auf. Die erste Klasse (Klasse I, z. B. von Chenopodium album) kann Photokonversion bei Beleuchtung unterziehen. Klasse II WSCPs von Brassica – Pflanzen , die durchlaufen nicht fotovoltaischen ^5,10, sind weiter in der Klasse IIa unterteilt (z. B. von Brassica oleracea, Raphanus sativus) und IIb (z. B. von Lepidium virginicum </em>). Die Struktur der Klasse IIb WSCP von Lepidium virginicum ⁸ wurde durch Röntgenkristallographie bei 2,0 Å Auflösung gelöst. Es zeigt eine symmetrische Homotetramers, in dem die Protein-Untereinheiten einen hydrophoben Kern bilden. Jede Untereinheit bindet ein einzelnes Chl, die in einer engen Anordnung Ergebnisse von vier dicht gepackten Chls innerhalb der core.This einfach alle Chl Anordnung WSCPs ein potentiell nützliches Modellsystem zur Untersuchung der Bindung und Montage von Chl-Protein-Komplexe bildet, und die Auswirkungen der benachbarten Chls und Protein-Umgebungen auf die spektralen und elektronischen Eigenschaften einzelner Chls. Darüber hinaus kann es Vorlagen bieten für die Konstruktion künstlicher Chl-bindende Proteine, die für die lichtsammelnden Module in künstlichen Photosynthese-Geräten verwendet werden kann.

Rigorose Studien von nativen WSCPs sind nicht durchführbar , da die Komplexe aus Pflanzen gereinigt immer ein heterogenes Gemisch von Tetrameren mit verschiedenen Kombinationen von Chl a enthaltenund Chl b ^9. Somit wird ein Verfahren zur rekombinant exprimierten WSCPs mit Chls in vitro Zusammenbauen erforderlich. Dies wird durch die vernachlässigbare Wasserlöslichkeit Chls herausgefordert , die es unmöglich macht , den Komplex in vitro zusammenzubauen , indem einfach die wasserlöslichen Apoproteine ​​mit Pigmenten in wässrigen Lösungen vermischt wird . In vitro Montage durch die Apoproteine ​​mit Thylakoidmembranen Vermischen von ¹⁵ gezeigt wurde, aber dieses Verfahren ist mit dem nativen Chls in den thylakoids begrenzt. Schmidt et al. berichtete über mehrere Chl und BChl – Derivate mit WSCP von Blumenkohl (CaWSCP) Montage von rekombinant ein Histidin-markierten Protein in E. exprimieren coli Immobilisierung es auf eine Ni-Affinitätssäule und in Detergenzien ¹¹ Chl Derivate solubilisiert einzuführen. Erfolgreich Rekonstitution von rekombinantem WSCPs von A. thaliana ⁶ und Rosenkohl (BoWSCP), Japanisch Hederich (RshWSCP) eind Virginia pepperweed (LvWSCP) durch ein ähnliches Verfahren wurden ebenfalls berichtet.

Hier stellen wir eine neue, allgemeine, einfache Methode zur Chls mit WSCP Montage, die nicht Tagging erfordert oder die Immobilisierung von Proteinen. Es stützt sich auf Emulsionen aus ihren wäßrigen Lösungen der wasserlöslichen Apoproteine ​​in Mineralöl vor. Die Proteine ​​werden daher in Wasser-in-Öl (W / O) Mikrotröpfchen mit sehr hohen Oberflächen – Volumen – Verhältnis ¹⁶ eingekapselt. Die hydrophoben Cofaktoren werden dann in dem Öl gelöst und leicht in den Tröpfchen aus Ölphase eingeführt. Wir berichten über die Verwendung der Methode für Apoproteine ​​von mehreren Varianten von WSCP Montage rekombinant in E. ausgedrückt coli mit Chl a. Wir veranschaulichen die Anordnung aus rohem Lysat von WSCP-überexprimierenden Bakterien, die für die Entwicklung neuer Bindeproteine ​​Chl als Screeningsystem verwendet werden kann.