כאן, אנו מציגים פרוטוקול לבודד fucoxanthin כלורופיל a/c מחייב חלבונים (FCP) מ- diatoms ועד לשלב אותם בתוך ליפוזומים עם יצירות השומנים טבעית ללמוד עירור העברת אנרגיה על שינויים בהרכב יון.
הביצועים פוטוסינתטיים של צמחים, אצות, diatoms בחוזקה תלוי התקנה מהירה ויעילה של אור קציר, אנרגיה בתהליכי העברה קרום תילקואיד של מהכלורופלסט. האור קציר האנטנה של diatoms, שנקרא fucoxanthin כלורופיל a/c איגוד החלבונים (FCP), נדרשים עבור בליעת אור ומרכזי יעיל להעברת התגובה פוטוסינתטיים גם לגבי צילום-הגנה מפני אור מוגזמת. הבורר בין שתי פונקציות הוא עניין ארוכת שנים של מחקר. רבים מהמחקרים הללו בוצעו עם FCP ב הקזאין דטרגנט. ללימודים אינטראקציה, דטרגנטים הוסרו, מה שהוביל את מצבור לא ספציפי של מתחמי FCP. בגישה זו, קשה יותר להפלות בין חפצים נתונים רלוונטיים מבחינה פיזיולוגית. לפיכך, ניתן לקבל מידע בעל ערך רב יותר אודות FCP ואור ממברנה מאוגד אחרים קציר מתחמי על ידי לימוד אינטראקציות חלבון-חלבון, העברת אנרגיה ותכונות ספקטרוסקופיות אחרים אם הם מוטבעים בסביבתם השומנים מקורית. היתרון העיקרי הוא שיש ליפוזומים בגודל מוגדר, יחס של ליפיד/חלבונים מאת אשר נשלטת היקף FCP קיבוץ באשכולות. עוד יותר, שינויים בהרכב pH ויון המסדירים אור קציר ויוו יכול בקלות להיות מדומה. בהשוואה ממברנה תילקואיד, ליפוזומים הם הומוגני יותר ומורכב פחות, מה שהופך אותו קל יותר להשיג ולהבין נתונים ספקטרוסקופיות. הפרוטוקול מתאר את ההליך של בידוד FCP, טיהור, הכנה ליפוזום תיאגוד FCP לתוך ליפוזומים להרכב השומנים הטבעיים. היא תוצאה של יישום אופייני הם נתנו ודן.
אורגניזמים פוטוסינתטיים כגון diatoms חייב להתמודד עם המשתנה לתנאי תאורה ולהגיב עם מנגנונים מתוחכמים להתאקלמות יעילות גבוהה פוטוסינתטיים ומפלגות להגן מפני נזק חמצוני-צילום הנגרמת על ידי האור מוגזמת. תהליך אור-מגן הגדולות ב פרוקריוטים פוטוסינתטיים הוא אנרגיה גבוהה quenching (qE) האור נספג המתרחשת כמו התרומה העיקרית-פוטו אטמוספרי quenching (NPQ) תחת מתח אור תנאים1,2 ,3. האור האיסוף מתחמי אנטנות (LHC) מעורבים בוויסות עירור אנרגיה העברת מסלולים. בתגובה אור גבוהה המושרה נמוך- pH של לומן כלורופלסט, מתגי מערכת אנטנה מן האור קציר למדינה המדינה quenching. מדינה dissipative אנרגיה מגן photosystems (PS) ואת שאר מכלולי ממברנה תילקואיד צילום-חמצון. ב פוטוסינתטיים פרוקריוטים, ה-qE בדרך כלל הנגרמת על ידי שני גורמים1,2,3. גורם אחד הוא האור מיוחדים קציר חלבון המגיב ה- pHנמוך. החלבון PsbS מעוררת את קיוE צמחים גבוהים יותר4. LhcSRs5, מווסת על ידי פעילות PsbS, זירוז שE אצות6. Diatoms בעלי חלבונים כמו Lhcx אשר לארגונם הקשורים LHCSRs7,8,9,10.
הגורם השני של קיוE הוא מחזור xanthophyll בהם קרוטנואידים של האנטנה המרה לצורה צילום-מגן על ידי דה-epoxidation, חזר על-ידי epoxidation. צמחים, אצות, violaxanthin מומר וזאקסנטין. ב- diatoms, diadinoxanthin מומר diatoxanthin, אשר לאחר מכן עולה בקנה אחד עם מידת NPQ11. האור צורניות קציר אנטנה בעלת כמה מוזרויות למרות שזה אבולוציונית הקשורים LHCs בשאריות אצות וצמחים. מתג האור קציר להגנה-צילום מהיר מאוד, הקיבולת NPQ גבוה יותר לעומת צמחים12. זו יכולה להיות סיבה אחת למה diatoms מצליחים מאוד בתוך נישות אקולוגיות שונות כך הם אחראים עד 45% של אושיאניק הייצור הראשוני נטו13. לכן, צורניות אור קציר מערכות הן אובייקט מעניין של מחקר פוטוסינתזה.
Diatoms, כאילו המין ממוקדת Cyclotella meneghiniana, בעלי אור פנימי תילקואיד קציר מערכות קרוי הפיגמנטים הם לאגד – fucoxanthin, כלורופיל (קלוא) ו- c, ולכן האור FCP. קציר חלבונים, כגון FCPs, הם מוטבע במערכת ממברנה תילקואיד המורכבת ממספר שכבות קרום. Diatoms יוצרים להקות של שלושה thylakoids. מתחם זה המצב מקשה ללמוד אותן ברמה המולקולרית בתוך הקרומית תילקואיד. בנוסף, רכיבים רבים לתרום ברגולציה של אור קציר (ראה לעיל). לכן, בגישות רבות, מתחמי הם בודדו אותנו מהמתרחש קרום באמצעות דטרגנטים קלים, כגון n-Dodecyl-β-D-maltopyranoside (β-DDM), אשר solubilize את הקרום אבל לשמור את מתחמי FCP ללא שינוי. מחקרים רבים ספקטרוסקופיות בוצעו באמצעות solubilized FCP לחקור את התפלגות האנרגיה העברת14,15,16,17. עם זאת, גישה זו לשעבר הייתה מוגבלת מאחר ברגולציה של העברת האנרגיה צריך excitonic אינטראקציה עם מתחמי אנטנות או photosystems אחרים. לפיכך, אלו סוגים של מחקרים לא יכול להתבצע עם מתחמי solubilized כי האינטראקציה בין מתחמי אובד.
תכונה חשובה בתקנה האנטנה הוא “מולקולרי הצפיפות” של האנטנה, photosystems קרום תילקואיד18. . לשעבר, בגישה פשוטה בוצע כדי לדמות את האפקט הזה במבחנה. ? הנוזל הוסר, מה שמוביל צבירה אקראי של מתחמי אנטנות. למרות שחלק מהנתונים סביר היה מתקבל על ידי17,זו הגישה19, הסרת דטרגנט אינו משקף את המצב ויוו , יש כמה מגבלות מאז מתחמי לא אינטראקציה בעוד השלישון הרגיל שלהם מבנה.
השימוש ליפוזומים מתגבר על כמה מן המגבלות לשעבר. מבנה שלישוני הוא עדיין מלא ללא פגע. קרום ליפוזום מספק סביבה ומעין מקורית מתחמי אנטנות. הקרום מפריד את החלק הפנימי של ליפוזום מהסביבה שבחוץ. באמצעים אלה, ליפוזומים מספקים שני תאים התגובה ללימודים של יון ו- pH מעברי צבע כמו גם לגבי תחבורה תהליכים. עוד יותר, הפרמטרים של המערכת ניסיוני יכול להיות נשלט בקלות רבה יותר ללימודי תילקואיד ממברנה. ליפוזומים הוצגו כבר להיות כלי מצוין ללמוד מתחמי פוטוסינתטיים. מוקד מרכזי בעבר היה על צמח LHC שבו ההשפעה של הרכב השומנים שינו נבחנה ב- LHC II20. גישות אחרות, אינטראקציית חלבון בין II LHC שונים היו ובדוקים21. כמו כן, מחקרים באצות בוצעו המתארים קיבוץ באשכולות ספונטני בין LHC22. בהתחשב החשיבות של diatoms עבור המערכת האקולוגית הימית, בוצעו מחקרים מעטים יחסית עם מתחמי אנטנות של diatoms. שני מחקרים חקרו את מתחמי אנטנות של ממוקדת Cyclotella meneghiniana, איפה קיבוץ באשכולות של האנטנה FCP23 ואת ההיענות של FCP-מעברי צבע אלקטרוכימי24 הוצגו. לפיכך, ליפוזומים הינם כלי מצוין ללמוד צורניות אנטנות, שלהם אינטראקציה, תקנה בתנאים כמעט מקורי. ליפוזומים רב-תכליתי מאז תנאים רבים כמו הרכב השומנים, גודל ליפוזום, חלבון צפיפות, יכול להיות נשלט השלב מימית שמסביב. יתר על כן, השיטה דורשת כמויות נמוכות של דגימות. מערכת ניסיונית היא מאוד לשחזור ועמיד. מידור של ליפוזומים מאפשר ללמוד pH, יון מעברי צבע, אשר חשובים גורמים ברגולציה של מתחמי אנטנות.
כאן נתאר את ניתוקה של מתחמי אנטנות FCP מ ג meneghiniana ואת ההתאגדות שלהם בתוך ליפוזומים להרכב השומנים תילקואיד טבעי. בנוסף, אנחנו מספקים נתונים למופת ספקטרוסקופיות פלואורסנציה solubilized FCP ולהשוות אותם עם FCP בליפוזומים. השיטה מסכמת ידע ופרוטוקולים סטנדרטיים המתקבל השיפורים של Gundermann ו- Büchel 201223, נטלי ואח 201622אחמד ו-2017 Dietzel24.
איור 1: ייצוג סכמטי של זרימת העבודה. (1) מתייחס פסקה 1 המתאר צמיחת תאים, הפרעה ובידוד תילקואיד עם בעקבות ההפרדה FCP סוכרוז צפיפות מעברי צבע; מ ג -תאיםCyclotella meneghiniana . (2) הכנת התערובת השומנים תילקואיד טבעי (MGDG, DGDG ו- SQDG) שמתואר בפיסקה 2 ויצירת השומנים-דטרגנט הקזאין עם octylglycoside (OG). גודל מוגדר השומנים-מיצלה מושגת על ידי ההבלטה באמצעות ממברנות של קוטר נקבובית מוגדרים. FCP ואת השומנים-הקזאין האחידה-ליפופרוטאין מוגדרות מראש: יחס חלבון ודטרגנטים ו β-DDM הם מוסרים דרך מבוקר דיאליזה ויוצרים FCP proteoliposomes. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
ליפוזומים FCP להרכב השומנים הטבעיים מספקים כלי שימושי, פשוט לשחזור לחקור את מאפייני ספקטרוסקופיות במבחנה. הסביבה השומנים ב FCP ליפוזומים דומה המצב בתוך קרום תילקואיד, והוליד תוצאות ניסויית כי הם קרובים יותר בתנאי הטבע.
ישנם מספר יתרונות של שימוש meneghiniana ג מערכת מודל ?…
The authors have nothing to disclose.
אנו מודים רנא אורנה חריטן אחמד לסיוע FCP טיהור. פרופסור קלאודיה Büchel הוא הודה המועיל דיונים, לקרוא את כתב היד. עבודה זו נתמכה על ידי קרן מחקר גרמני כדי LD (DI1956-1/1) ושל קרן הומבולדט עבור מלגת פיודור-Lynen LD.
500 ml centrifuge vials | |||
high speed centrifuge | Heraeus | ||
Bead Mill VI 2 | Edmund-Bühler (edmund-buehler.de) | newer version: Vibrogen-Zellmühle Vl 6 | |
Silibeads S 400 µm | Sigmund-Lindner.com | 5223-7 | |
Silibeads S 1,-1,3 mm | Sigmund-Lindner.com | 4504 | |
VitraPOR filter funnel – por1 | ROBU GmbH | 21121 | |
polycarbonate ultracentrifuagtion vials (30 mL) for T-865 | Beranek Laborgeräte (Laborgeraete-beranek.de) | 314348 | |
Ultracentrifuge Discovery 90SE | Sorvall | n.a. | |
rotor T 865 | ThermoFisher Scientific (thermofisher.com) | 51411 | |
Neubauer Cell Counter Chamber (improved) | Carl Roth Laborbedarf (Carlroth.com) | T729.1 | |
Zeiss Mikroskop Primostar (7) | Optik-Pro (optik-pro.de) | 51428 | |
optical glass cuvettes (6040-OG) | Hellma Analytics (hellma-analytics.com) | "6040-10-10" | |
V-630 UV-VIS Spectrophotometer (incl. software) | Jasco (jasco.de) | V-630 | |
n-Dodecyl-β-D-Maltopyranoside | ANATRACE (anatrace.com) | D310LA | |
Ultra-Clear tubes 17 ml for AH629 | Beranek Laborgeräte (Laborgeraete-beranek.de) | 344061 | |
rotor AH629-17-mL | ThermoFisher Scientific (thermofisher.com) | 54285 | |
Membrane concentrator_Centriprep 30 kDa cutoff | Millipore (merckmillipore.com) | 4307 | |
Biometra Minigel-Twin | Analytik Jena AG (analytik-jena.de) | 846-010-100 | |
Silver Stain Plus Kit | Bio-Rad (bio-rad.com) | 1610449 | |
libre office spread sheet | The document foundation | https://de.libreoffice.org/download/libreoffice-still/ | |
special glass cuvettes for fluorescence (101-0S) | Hellma Analytics (hellma-analytics.com) | 101-10-20 | |
Spectrofluorometer FP-6500 (incl. Software) | Jasco (jasco.de) | FP-6500 | |
SDS-loading buffer Roti-Load | ROTH (carlroth.com) | K929.1 | |
n-octyl β-D-glucopyranoside | ANATRACE (anatrace.com) | O311 | |
Monogalactosyl Diaclyglycerol (MGDG) | Larodan AB (larodan.com) | 59-1300 | make stock solution in chloroform |
Digalactosyl Diacylglycerol (DGDG) | Larodan AB (larodan.com) | 59-1310 | make stock solution in chloroform |
Sulphoquinovosyl Diacylglycerol (SQDG) | Larodan AB (larodan.com) | 59-1230 | make stock solution in chloroform |
L-alpha-Phosphatidylglycerol (PG) | Larodan AB (larodan.com) | 37-0150 | make stock solution in chloroform |
L-α-Phosphatidylcholine | Sigma-Aldrich (sigmaaldrich.com) | P3782 SIGMA | make stock solution in chloroform |
sonicator bath S-50TH | Sonicor (getmedonline.com | SONICOR-S-50TH | |
mini-Extruder | Avanti Polar Lipids (Avanti.com) | 610000 | |
Nuleopore polycarbonate membrane | Avanti Polar Lipids (Avanti.com) | 610005 | |
dialysis membrane Visking 14 kDa cutoff | ROTH (carlroth.com) | 0653.1 | boil in destilled water before use |
Biobeads SM2 Adsorbent | Biorad (Bio-rad.com) | 152-3920 | |
sucrose epichlorhydrin copolymer – Ficoll 400 | Sigma-Aldrich (sigmaaldrich.com) | F4375 | |
Polycarbonate ultracentrifuagtion vials (2.7 mL) for TFT 80.4 | Beranek Laborgeräte (Laborgeraete-beranek.de) | 252150 | |
rotor TFT 80.4 | Millipore (merckmillipore.com) | 54356 | |
material listed in order of appearance | |||
For specific safety instructions please refer to material safety sheets and repective manuals. | |||
Standard lab material and substances are not listed. |