光活性黄色のタンパク質における4-ヒドロキシシンナム酸クロモフォアの結合、チューニング、および機械的機能

細菌性光受容体タンパク質光活性黄色のタンパク質（PYP）は、この補因子の調整（スペクトル）特性である発色団4-ヒドロキシクマリン酸に共有結合します。ここでは、ポイントマットと発色団アナログの組み合わせを使用して、この結合と調整を研究します。これまで研究されているすべての光センサータンパク質において、発色団のアポタンパク質との共有結合は、光誘発性触媒活性化には分配されます。システインがグリシン残基に置き換えられ、チオメチル-P-クマル酸（TMPCA）によって発色された等型発色団 - タンパク質バリアントを使用して、共有結合の機能的重要性を分析しました。モデル化合物TMPCAは、C69Gタンパク質と弱く複雑であることが示されています。この非共有結合は、PKAと発色団の色の両方をかなり調整します。しかし、このシステムの光活性は強く損なわれており、PYPはクロモフォアの共有結合がin vitroでのタンパク質の機能活性にとって最も重要である最初の既知の光エンセンサータンパク質になりました。また、WTだけでなく、特にE46Q変異体でのPYPの色と光サイクルに対する発色団アナログの影響を研究して、発色団とタンパク質の修飾の両方からの効果が相加的であるかどうかをテストしました。E46Qタンパク質がシナピン酸発色団に結合すると、タンパク質の色は黄色からオレンジに効果的に変化します。このタンパク質の電荷分布の変化は、発色団プロトン化のPKA値の変化と、大規模なフォトサイクルも強く損なわれます。両方の調査結果は、信号生成のためのPYPの光化学に関する知識を拡張します。

The bacterial photoreceptor protein photoactive yellow protein (PYP) covalently binds the chromophore 4-hydroxy coumaric acid, tuning (spectral) characteristics of this cofactor. Here, we study this binding and tuning using a combination of pointmutations and chromophore analogs. In all photosensor proteins studied to date the covalent linkage of the chromophore to the apoprotein is dispensable for light-induced catalytic activation. We analyzed the functional importance of the covalent linkage using an isosteric chromophore-protein variant in which the cysteine is replaced by a glycine residue and the chromophore by thiomethyl-p-coumaric acid (TMpCA). The model compound TMpCA is shown to weakly complex with the C69G protein. This non-covalent binding results in considerable tuning of both the pKa and the color of the chromophore. The photoactivity of this system, however, was strongly impaired, making PYP the first known photosensor protein in which the covalent linkage of the chromophore is of paramount importance for the functional activity of the protein in vitro. We also studied the influence of chromophore analogs on the color and photocycle of PYP, not only in WT, but especially in the E46Q mutant, to test if effects from both chromophore and protein modifications are additive. When the E46Q protein binds the sinapinic acid chromophore, the color of the protein is effectively changed from yellow to orange. The altered charge distribution in this protein also results in a changed pKa value for chromophore protonation, and a strongly impaired photocycle. Both findings extend our knowledge of the photochemistry of PYP for signal generation.