Proteorodopsina - Proteorhodopsin
| Proteorodopsina | |||||||||
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 Visualização de desenhos animados de proteorodopsina por ELViture
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| Identificadores | |||||||||
| Símbolo | Bac_rhodopsin | ||||||||
| Pfam | PF01036 | ||||||||
| InterPro | TCDB | ||||||||
| PRÓSITO | PDOC00291 | ||||||||
| SCOP2 | 2brd / SCOPe / SUPFAM | ||||||||
| TCDB | 3.E.1 | ||||||||
| Superfamília OPM | 6 | ||||||||
| Proteína OPM | 4hyj | ||||||||
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Proteorodopsina (também conhecida como rodopsina ) é uma família de mais de 50 proteínas retinilideno fotoativas , uma família maior de proteínas transmembrana que usam retinal como um cromóforo para funcionalidade mediada por luz, neste caso, uma bomba de prótons . Alguns homólogos existem como pentâmeros ou hexâmeros. A rodopsina é encontrada em bactérias planctônicas marinhas , arqueas e eucariotos ( protae ), mas foi descoberta pela primeira vez em bactérias.
Seu nome é derivado de proteobactérias que recebem o nome do grego antigo Πρωτεύς ( Proteus ), um antigo deus do mar mencionado por Homero como " Velho do Mar ", Ῥόδος (rhódon) para " rosa ", devido à sua cor rosada, e ὄψις ( opsis ) para "visão". Alguns membros da família, pigmentos homólogos semelhantes à rodopsina , ou seja, bacteriorodopsina (da qual existem mais de 800 tipos) têm funções sensoriais como opsinas , integrantes da fototransdução visual . Muitas dessas funções sensoriais são desconhecidas - por exemplo, a função da Neuropsina na retina humana. Os membros são conhecidos por terem diferentes espectros de absorção, incluindo luz visível verde e azul .
Descoberta
A proteorodopsina (PR ou rodopsina) foi descoberta pela primeira vez em 2000 em um cromossomo bacteriano artificial de γ-proteobactéria marinha previamente não cultivada , ainda referida apenas por seus dados metagenômicos de ribótipo, SAR86. A pesquisa foi um esforço cooperativo entre quatro partes: Oded Beja , Marcelino T. Suzuki e Edward F. DeLong no Monterey Bay Aquarium Research Institute (Mosslanding, CA), L. Aravind e Eugene V Koonin no National Center for Biotechnology Information ( Bethesda, MD), Andrew Hadd, Linh P. Nguyen, Stevan B. Jovanovich, Christian M. Gates e Rober A Feldman na Molecular Dynamics (Sunnyvale, CA) e, finalmente, John e Elena Spudich no Departamento de Microbiologia e Genética Molecular no Centro de Ciências da Saúde da Universidade do Texas em Houston . Mais espécies de γ-proteobactérias, tanto Gram positivas quanto negativas, foram encontradas para expressar a proteína.
Distribuição
Amostras de bactérias que expressam proteorrodopsina foram obtidas no Oceano Pacífico Oriental , Oceano Pacífico Central Norte e Oceano Antártico , Antártica . Posteriormente, genes de variantes da proteorodopsina foram identificados em amostras do Mediterrâneo , Mar Vermelho , Mar dos Sargaços , Mar do Japão e Mar do Norte .
As variantes da proteorodopsina não são espalhadas aleatoriamente, mas se dispersam ao longo de gradientes de profundidade com base na sintonia de absorção máxima da sequência de holoproteína particular ; isso se deve principalmente à absorção eletromagnética pela água, que cria gradientes de comprimento de onda em relação à profundidade. Oxyrrhis marina é um protista de dinoflagelado com proteorrodopsina de absorção de verde (um resultado do Grupo L109) que existe principalmente em poças de maré rasas e margens, onde a luz verde ainda está disponível. Karlodinium micrum, outro dinolagelato, expressa uma proteorrodopsina sintonizada em azul (E109) que pode estar relacionada às suas migrações verticais em águas profundas . O.Marina foi originalmente considerado um heterotrófico , no entanto, a proteorodopsina pode muito bem participar de uma maneira funcionalmente significativa, pois foi o gene nuclear mais abundantemente expresso e, além disso, está disperso de forma desigual no organismo, sugerindo alguma função da membrana da organela . Anteriormente, as únicas proteínas eucarióticas de transdução de energia solar eram o fotossistema I e o fotossistema II . Foi levantada a hipótese de que a transferência lateral de genes é o método pelo qual a proteorodopsina entrou em vários filos. Bactérias, archea e eukarya colonizam a zona fótica onde vêm à luz; A proteorrodopsina foi capaz de se disseminar por esta zona, mas não para outras partes da coluna d'água.
Taxonomia
A proteorrodopsina pertence a uma família de proteínas retinilideno semelhantes, mais semelhantes aos seus homólogos arqueados halorhodopsina e bacteriorodopsina. A rodopsina sensorial foi descoberta por Franz Christian Boll em 1876. A bacteriorodopsina foi descoberta em 1971 e nomeada em 1973 e atualmente só se sabe que existe no domínio arquea, não nas bactérias. Halorhodopsin foi descoberto e nomeado pela primeira vez em 1977. Bacteriorhodopsin e Halorhodopsin só existem no domínio Archea enquanto proteorhodopsin abrange bactérias, arquéias e eucariotos. A proteorodopsina compartilha sete hélices α transmembrana retinais covalentemente ligadas por um mecanismo de base de Schiff a um resíduo de lisina na sétima hélice (hélice G). A bacteriorodopsina, como a proteorodopsina, é uma bomba de prótons acionada pela luz. A rodopsina sensorial é uma proteína acoplada a G envolvida na visão.
Site ativo
Em comparação com sua bacteriorodopsina homóloga arquea mais conhecida, a maioria dos resíduos do sítio ativo de importância conhecida para o mecanismo da bacterio-rodopsina são conservados na proteorodopsina. A similaridade de sequência não é significativamente conservada, no entanto, tanto da halo quanto da bacteriotopsina. Os homólogos dos resíduos do sítio ativo Arg 82, Asp 85 (o aceitador de prótons primário ), Asp 212 e Lys 216 (o sítio de ligação da base de Schiff retinal ) na bacteriorodopsina são conservados como Arg94, Asp97, Asp227 e Lys231 em proteorodopsina. No entanto, na proteorodopsina, não há resíduos de ácido carboxílico diretamente homólogos a Glu 194 ou Glu204 de bacteriorodopsina (ou Glu 108 e 204, dependendo da variante de bacRodopsina), que se pensa estarem envolvidos na via de liberação de prótons na superfície extracelular. No entanto, Asp97 e Arg94 podem substituir esta funcionalidade sem a proximidade de resíduo próximo como na bacteriorodopsina. O departamento de química da Syracuse University mostrou de forma decisiva que o Asp97 não pode ser o grupo de liberação de prótons, já que a liberação aconteceu em condições forçantes sob as quais o grupo do ácido aspártico permaneceu protonado.
Ligando
As partes rodopsina haloprotein da família do ligando da retina, Vitamina A aldeído, um dos muitos tipos de vitamina A. A retina é um conjugado poli- insaturado cromóforo ( polieno ), obtidos a partir de carnívoros dieta ou pela via caroteno ( β-caroteno 15,15 '-monoxigenase ).
Função
A proteorrodopsina funciona em todos os oceanos da Terra como uma bomba H + movida pela luz, por um mecanismo semelhante ao da bacteriorodopsina. Como na bacteriorodopsina, o cromóforo retinal da proteorodopsina está covalentemente ligado à apoproteína por meio de uma base de Schiff protonada em Lys231. A configuração do cromóforo retinal na proteorodopsina não fotolisada é predominantemente trans, e isomeriza para 13-cis após iluminação com luz. Vários modelos do fotociclo proteorhodopsin completa têm sido propostos, com base em FTIR e UV-visível espectroscopia ; eles se assemelham a modelos de fotociclo estabelecidos para bacteriorodopsina. Fotossistemas completos baseados em proteorodopsina foram descobertos e expressos em E. coli, dando-lhes capacidade adicional de gradiente de energia mediada por luz para geração de ATP sem necessidade externa de retina ou precursores; com o PR, o gene cinco outras proteínas codificam a via biossintética do fotopigmento.
Engenharia genética
Se o gene da proteorodopsina for inserido em E. coli e a retinal for dada a essas bactérias modificadas , elas irão incorporar o pigmento em sua membrana celular e bombear H + na presença de luz. Um roxo profundo é representativo de colônias claramente transformadas, devido à absorção de luz. Gradientes de prótons podem ser usados para alimentar outras estruturas de proteínas de membrana ou para acidificar uma organela do tipo vesícula. Foi ainda demonstrado que o gradiente de prótons gerado pela proteorodopsina poderia ser usado para gerar ATP.
Galeria
Holoenzima (verde) com hélices marcadas com AG (roxo), bem como ligante retinal (laranja)
Visualização de superfície de Proteorodopsina mostrando terminais
Visualização do sítio ativo ligado à retina da estrutura da proteína 2L6X da rodopsina, resíduos codificados por cores e marcados por atividade, ligante laranja.
2L6x In-Active-Site Cartoon visualização codificada e rotulada por cores, hélices D e E escondidas para obter vantagem, local de ligação do ligante retinal
