Войти
| Белок фикобилисома | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
 12-мерный аллофикоцианин PDB 1все | |||||||||
| Идентификаторы | |||||||||
| Символ | Фикобилисома | ||||||||
| Pfam | PF00502 | ||||||||
| InterPro | IPR001659 | ||||||||
| SCOPe | 1cpc / SUPFAM | ||||||||
| |||||||||
фикоцианобилин фикоцианин представляет собой комплекс пигмент -белок из семейства светособирающих фикобилипротеинов, наряду с аллофикоцианином и фикоэритрином. Это дополнительный пигмент к хлорофиллу. Все фикобилипротеины растворимы в воде, поэтому они не могут существовать внутри мембраны, как каротиноиды. Вместо этого фикобилипротеины агрегируются с образованием кластеров, которые прикрепляются к мембране, которые называются фикобилисомами. Фикоцианин - это характерный светло-голубой цвет, поглощающий оранжевый и красный свет, особенно около 620 нм (в зависимости от того, какой это конкретный тип), и излучает флуоресценцию около 650 нм (также в зависимости от типа). Аллофикоцианин поглощает и излучает на более длинных волнах, чем фикоцианин C или фикоцианин R. Фикоцианины обнаружены в цианобактериях (также называемых сине-зелеными водорослями ). Фикобилипротеины обладают флуоресцентными свойствами, которые используются в наборах для иммуноанализа. Фикоцианин происходит от греческого phyco, что означает «водоросли », а цианин происходит от английского слова «голубой », что обычно означает оттенок сине-зеленого (близкий на «аква») и происходит от греческого «кианос », что означает несколько иной цвет: «темно-синий». Продукт фикоцианин, производимый Aphanizomenon flos-aquae и Spirulina, например, используется в пищевой промышленности в качестве натурального красителя «Lina Blue» или «EXBERRY Shade Blue». и содержится в сладостях и мороженом. Кроме того, определение флуоресценции фикоцианиновых пигментов в образцах воды является полезным методом мониторинга биомассы цианобактерий.
Фикобилипротеины состоят из двух субъединиц (альфа и бета), имеющих белковый каркас, к которому относятся 1-2 линейных тетрапиррольных хромофоров ковалентно связаны.
C-фикоцианин часто встречается в цианобактериях, которые процветают вокруг горячих источников, так как он может быть стабильным примерно до 70 ° C, с идентичными спектроскопическими (поглощение света) поведением при 20 и 70 ° C. Термофилы содержат немного разные аминокислотные последовательности, что делает их стабильными в этих более высоких условиях. Молекулярный вес составляет около 30 000 Да. Было показано, что стабильность этого белка invitro при этих температурах значительно ниже. Фотоспектральный анализ белка после 1 мин выдержки в условиях 65 ° C в очищенном состоянии продемонстрировал 50% потерю третичной структуры.
Пигмент фикоцианина, выделенный из цианобактерий Microcystis aeruginosa. 
Мономер фикоцианина (αβ) 
Фикоцианин (αβ) 6 гексамер Фикоцианин разделяет общую структурную тему со всеми фикобилипротеины. Структура начинается со сборки мономеров фикобилипротеина, которые представляют собой гетеродимеры, состоящие из субъединиц α и β, и их соответствующих хромофоров, связанных посредством тиоэфирной связи.
Каждая субъединица обычно состоит из восьми α-спиралей. Мономеры спонтанно агрегируют с образованием кольцевых тримеров (αβ) 3, которые имеют вращательную симметрию и центральный канал. Тримеры объединяются в пары с образованием гексамеров (αβ) 6, иногда с дополнительными линкерными белками. Каждый стержень фикобилисомы обычно содержит два или более гексамера фикоцианина. Несмотря на общее сходство в структуре и сборке фикобилипротеинов, существует большое разнообразие конформаций гексамеров и палочек, даже если рассматривать только фикоцианины. В более крупном масштабе фикоциане также различаются по кристаллическая структура, хотя биологическая значимость этого является спорной.
В качестве примера структура C-фикоцианина из Synechococcus vulcanus была уточнена до разрешения 1,6 Ангстрема. Мономер (αβ) состоит из 332 аминокислот и 3 молекул тиосвязанного фикоцианобилина (PCB) кофактора. Обе α- и β-субъединицы имеют PCB в аминокислоте 84, но β-субъединица также имеет дополнительный PCB в положении 155. Этот дополнительный PCB обращен к внешней стороне тримерного кольца и, следовательно, участвует в передаче энергии между стержнями в комплексе фикобилисом. Помимо кофакторов, существует множество предсказуемых нековалентных взаимодействий с окружающим растворителем (водой), которые, как предполагается, вносят вклад в структурную стабильность.
R-фикоцианин II (R-PC II) обнаружен у некоторых видов Synechococcus. R-PC II считается первым PEB, содержащим фикоцианин, который происходит от цианобактерий. Его очищенный белок состоит из альфа- и бета-субъединиц в равных количествах. R-PC II содержит ПХБ в бета-84, а фикоэритробиллин (ФЭБ) в альфа-84 и бета-155.
По состоянию на 7 марта 2018 г. насчитывается 44 кристаллических структуры фикоцианина, депонированных в Банк данных по белкам.
C-фикоцианин имеет единственный пик поглощения при ~ 621 нм, который слегка варьируется в зависимости от организма и условий, таких как температура, pH и белок концентрация in vitro. Его максимум излучения составляет ~ 642 нм. Это означает, что пигмент поглощает оранжевый свет и излучает красноватый свет. R-фикоцианин имеет максимумы поглощения при 533 и 544 нм. Максимум флуоресценции R-фикоцианина составляет 646 нм.
| Свойство | C-фикоцианин | R-фикоцианин |
|---|---|---|
| Максимум поглощения (нм) | 621 | 533, 544 |
| Максимум излучения (нм) | 642 | 646 |
| Коэффициент ослабления (ε) | 1,54x10 Mcm | - |
| Quantum Yield | 0,81 | - |
Фикоцианин продуцируется многими фотоавтотрофными цианобактериями. Даже если цианобактерии имеют высокие концентрации фикоцианина, продуктивность в океане все еще ограничена из-за условий освещения.
Фикоцианин имеет экологическое значение, указывая на цветение цианобактерий. Обычно хлорофилл а используется для обозначения количества цианобактерий, однако, поскольку он присутствует в большом количестве групп фитопланктона, это не идеальный показатель. Например, в исследовании в Балтийском море фикоцианин использовался в качестве маркера для нитчатых цианобактерий во время токсичного летнего цветения. Некоторые нитчатые организмы в Балтийском море включают Nodularia spumigena и Aphanizomenon flosaquae.
Важная цианобактерия, называемая спирулина (), представляет собой микроводоросль, продуцирующую C-PC.
Существует много различных методов производства фикоцианина, включая фотоавтотрофное, миксотрофное, гетеротрофное и рекомбинантное производство. Фотоавтотрофное производство фикоцианина - это то место, где культуры цианобактерий выращивают в открытых прудах в субтропических или тропических регионах. Миксотрофное производство водорослей - это когда водоросли выращивают на культурах, которые имеют источник органического углерода, такой как глюкоза. Использование миксотрофного производства обеспечивает более высокие темпы роста и более высокую биомассу по сравнению с простым использованием фотоавтотрофных культур. В миксотрофной культуре сумма гетеротрофного и автотрофного роста по отдельности равнялась миксотрофному росту. Гетеротрофное производство фикоцианина не ограничено светом, в соответствии с его определением. Galdieria sulphuraria - одноклеточный родофит, который содержит большое количество C-PC и небольшое количество аллофикоцианина.. G. sulphuraria является примером гетеротрофного производства C-PC, поскольку его среда обитания - горячие, кислые источники и для роста используется ряд источников углерода. Рекомбинантное производство C-PC - еще один гетеротрофный метод, включающий генную инженерию.
Лишайниковые грибы и цианобактерии часто имеют симбиотические отношения, и, таким образом, маркеры фикоцианина могут использоваться для демонстрации экологического распределения цианобактерий, связанных с грибами. Как показано в высокоспецифической ассоциации между видами Lichina и штаммами Rivularia, фикоцианин имеет достаточное филогенетическое разрешение, чтобы разрешить эволюционную историю группы через северо-западный Атлантический океан прибрежная окраина.
Два гена cpcA и cpcB, расположенные в опероне cpc и транслируемые с одного и того же транскрипта мРНК, кодируют α- и β-цепи C-PC соответственно. Дополнительные элементы, такие как линкерные белки и ферменты, участвующие в синтезе фикобилина и фикобилипротеины, часто кодируются генами в соседних кластерах генов, а оперон cpc Arthrospira platensis также кодирует линкерный белок, участвующий в сборке комплексов C-PC. У красных водорослей гены фикобилипротеина и линкерного белка расположены в пластидном геноме.
Фикоцианобилин синтезируется из гема и вставляется в апо-белок C-PC с помощью трех ферментативных стадий. Циклический гем окисляется до линейного биливердина IXα гемоксигеназой и далее превращается в 3Z-фикоцианобилин, доминирующий изомер фикоцианобилина, с помощью 3Z-фикоцианобилин: ферредоксин оксидоредуктазы. Вставка 3Z-фикоцианобилина в апо-белок C-PC посредством образования тиоэфирной связи катализируется фикоцианобилинлиазой.
Промотор для оперона cpc расположен в области 427 п.н. выше гена cpcB. В этой области было идентифицировано 6 предполагаемых промоторных последовательностей, четыре из которых демонстрируют экспрессию зеленого флуоресцентного белка при трансформации в E. coli. Также было продемонстрировано присутствие других положительных элементов, таких как элементы светового ответа в той же области.
Множественные последовательности промоторов и ответных элементов в опероне cpc позволяют цианобактериям и красным водорослям регулировать свою экспрессию в ответ на множественные условия окружающей среды. Экспрессия генов cpcA и cpcB регулируется светом. Низкая интенсивность света стимулирует синтез CPC и других пигментов, в то время как синтез пигмента подавляется при высокой интенсивности света. Также было показано, что температура влияет на синтез, при этом определенные концентрации пигментов демонстрируют четкий максимум при 36 ° C у Arthronema africanum, цианобактерии с особенно высоким содержанием C-PC и APC.
Азот, а также ограничение содержания железа индуцируют фикобилипротеин. деградация. Источники органического углерода стимулируют синтез C-PC у Anabaena spp., Но, по-видимому, почти не оказывают отрицательного эффекторного эффекта на A. platensis. У родофитов Cyanidium caldarium и Galdieria sulphuraria выработка C-PC подавляется глюкозой, но стимулируется гемом.
Экстракты чистого фикоцианина могут быть выделены из водорослей. Основной порядок сегрегации следующий. Разрыв клеточной стенки механическими силами (замораживание-оттаивание) или химическими агентами (ферменты). Затем C-PC выделяют с помощью центрифугирования и очищают с помощью осаждения сульфатом аммония или хроматографии - либо ион, либо гель- фильтрация. После этого образец замораживается и сушится....
Фикоцианин можно использовать во многих практиках, особенно в медицине и пищевых продуктах. Его также можно использовать в генетике, где он действует как индикатор благодаря своей естественной флуоресценции.
Фикоцианин обладает как антиоксидантными, так и противовоспалительными свойствами. Пероксильные, гидроксильные и алкоксильные радикалы являются окислителями, поглощаемыми C-PC. С-ПК, однако, сильнее влияет на пероксильные радикалы. C-PC является антиоксидантом, связывающим металл, поскольку он предотвращает перекисное окисление липидов. Пероксильные радикалы стабилизируются хромофором (субъединица C-PC). Чтобы удалить гидроксильные радикалы, это необходимо делать при слабом освещении и с высокими уровнями C-PC. Гидроксильные радикалы обнаруживаются в воспаленных частях тела. C-PC, являясь антиоксидантом, улавливает эти вызывающие повреждение радикалы, следовательно, является противовоспалительным агентом.
Избыток кислорода в головном мозге порождает реактивные формы кислорода (АФК). АФК вызывает повреждение нейронов мозга, что приводит к инсультам. C-фикоцианин поглощает перекись водорода, один из видов активных форм кислорода, изнутри астроцита, уменьшая окислительный стресс. Астроциты также увеличивают производство факторов роста, таких как BDNF и NDF, следовательно, усиливают регенерацию нервов. C-PC также предотвращает астроглиоз и воспаление глии.
Обнаружено, что C-фикоцианин защищает от гепатотоксичности. Vadiraja et al. (1998) обнаружили повышение сывороточной глутаминовой пировиноградной трансаминазы (SGPT), когда C-PC лечится против гептатоксинов, таких как четыреххлористый углерод (CCl4) или R - (+) - пулегон.. C-PC защищает печень с помощью системы Cytochrome-P450. Он может нарушить выработку ментофурана или нарушить образование α, β-ненасыщенного-γ-кетоальдегида. Оба они являются ключевыми компонентами системы цитохрома P-450, которая продуцирует реактивный метаболит, который производит токсины при связывании с тканями печени. Другой возможный механизм защиты с помощью C-PC может заключаться в удалении реактивных метаболитов (или свободных радикалов, если причиной является CCl4).
C-фикоцианин (C-PC) обладает противораковым действием. Рак возникает, когда клетки продолжают бесконтрольно расти. Было обнаружено, что C-PC предотвращает рост клеток. C-PC останавливает образование опухоли до S-фазы. Синтез ДНК не осуществляется из-за попадания опухолевой клетки в G0, что не приводит к пролиферации опухоли. Кроме того, C-PC вызывает апоптоз. Когда клетки обрабатываются C-PC, образуются ROS (радикальные формы кислорода). Эти молекулы снижают продукцию BCl-2 (регулятор апоптоза). Здесь BCl-2 ингибирует белки, называемые каспазами. Каспазы являются частью пути апоптоза. Когда BCl-2 уменьшается, экспрессия каспаз увеличивается. В результате происходит апоптоз. Одного C-PC недостаточно для лечения рака, он должен работать с другими лекарствами, чтобы преодолеть природу устойчивости опухолевых клеток.
C-фикоцианин (C-PC) может использоваться в качестве натурального синего пищевого красителя. Этот пищевой краситель можно использовать только для продуктов, приготовленных при низкой температуре, поскольку он не может сохранять синий цвет при высоких температурах без добавления консервантов или сахаров. Тип сахара не имеет значения, C-PC стабилен при высоком содержании сахара. Зная это, C-PC можно использовать для многих видов продуктов, одним из которых являются сиропы. C-PC можно использовать для сиропов от зеленого до синего цвета. Он может иметь разные зеленые оттенки, добавляя желтые пищевые красители.
Ожидается, что рынок фикоцианина будет расти в период 2019-2028 годов, поскольку синий пигмент фикоцианин получил одобрение FDA в 2013 году, что открыло много возможностей для этого рынка, и ожидается достичь 1 миллиарда долларов в течение прогнозного периода 2019-2028 гг.
