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Ficoeritrina

La ficoeritrina ( PE ) es un complejo de proteína- pigmento rojo de la familia de las ficobiliproteínas captadoras de luz , presente en cianobacterias , [1] algas rojas [2] y criptofitas , [3] accesorio a los principales pigmentos de clorofila responsables de la fotosíntesis . El pigmento rojo se debe al grupo prostético, ficoeritrobilina, que le da a la ficoeritrina su color rojo. [4]

Como todas las ficobiliproteínas, está compuesta por una parte proteica que se une covalentemente a cromóforos llamados ficobilinas . En la familia de las ficoeritrinas, las ficobilinas más conocidas son: ficoeritrobilina , el cromóforo aceptor típico de ficoeritrina. La ficoeritrobilina es una molécula tetrapirrol lineal que se encuentra en cianobacterias, algas rojas y criptomonas. Junto con otras bilinas como la ficocianobilina, sirve como pigmento recolector de luz en las estructuras fotosintéticas recolectoras de luz de las cianobacterias llamadas ficobilisomas. [5] Las ficoeritrinas están compuestas de monómeros (αβ), generalmente organizados en un trímero en forma de disco (αβ) 3 o hexámero (αβ) 6 (el segundo es la unidad funcional de las varillas de antena ). Estos complejos típicos también contienen un tercer tipo de subunidad, la cadena γ. [2]

Ficobilisomas

Las ficobiliproteínas (como la ficoeritrina) suelen formar barras de discos apilados en los ficobilisomas . [6]

Las ficobiliproteínas forman parte de enormes complejos proteicos de antenas que captan luz, llamados ficobilisomas . En las algas rojas, están ancladas al lado estromal de las membranas tilacoides de los cloroplastos , mientras que en las criptofitas, los ficobilisomas están reducidos y (moléculas de ficobiliproteína 545 PE545 aquí) están densamente empaquetados dentro del lumen de los tilacoides. [3] [7]

Las ficobiliproteínas tienen muchas aplicaciones prácticas, incluidas propiedades importantes como la actividad hepatoprotectora, antioxidante, antiinflamatoria y antienvejecimiento de las PBP, lo que permite su uso en las industrias alimentaria, cosmética, farmacéutica y biomédica. También se ha observado que las PBP muestran un efecto beneficioso en la terapéutica de algunas enfermedades como el Alzheimer y el cáncer. [8]

La ficoeritrina es un pigmento accesorio de los principales pigmentos clorofílicos responsables de la fotosíntesis . La energía luminosa es captada por la ficoeritrina y luego se transmite al par de clorofilas del centro de reacción, la mayoría de las veces a través de las ficobiliproteínas ficocianina y aloficocianina .

Características estructurales

Las ficoeritrinas, excepto la ficoeritrina 545 (PE545), están compuestas de monómeros (αβ) ensamblados en 6 hexámeros (αβ) o 3 trímeros (αβ) con forma de disco con simetría 32 o 3 y que encierran un canal central. En los ficobilisomas (PBS), cada trímero o hexámero contiene al menos una proteína de enlace ubicada en el canal central. La B-ficoeritrina (B-PE) y la R-ficoeritrina (R-PE) de las algas rojas , además de las cadenas α y β, tienen una tercera subunidad γ que contribuye tanto con funciones de enlace como de captación de luz, porque contiene cromóforos. [2]

Estructura cristalina de la B-ficoeritrina del alga roja Porphyridium cruentum ( PDB ID: 3V57 [9] [10] [11] ). La unidad asimétrica ( α β ) 2 a la izquierda y la supuesta molécula biológica ( α β ) 3 . Contiene ficoeritrobilina , N -metil asparagina y SO2−
4.

La R-ficoeritrina es producida predominantemente por algas rojas. La proteína está formada por al menos tres subunidades diferentes y varía según la especie de alga que la produce. La estructura de subunidad de la R-PE más común es (αβ) 6 γ. La subunidad α tiene dos ficoeritrobilinas (PEB), la subunidad β tiene 2 o 3 PEB y una ficourobilina (PUB), mientras que se informa que las diferentes subunidades gamma tienen 3 PEB y 2 PUB (γ 1 ) o 1 o 2 PEB y 1 PUB (γ 2 ). El peso molecular de la R-PE es de 250.000 daltons.

Las estructuras cristalinas disponibles en el Protein Data Bank [12] contienen en una unidad asimétrica (αβ) 2 o (αβγ) 2 diferentes ficoeritrinas:

La ficoeritrobilina es el cromóforo típico de la ficoeritrina. Es similar a la porfirina de la clorofila , por ejemplo, pero el tetrapirrol es lineal, no está cerrado en un anillo con un ion metálico en el medio.
El alga roja Gracilaria contiene R-ficoeritrina.
Estructura cristalina de la ficoeritrina 545 (PE545) de una criptofita unicelular Rhodomonas CS24 ( PDB ID: 1XG0 [13] [14] [11] ). Colores: cadenas – alfa-2 , alfa-3 , beta , beta ( las hélices y las láminas son amarillas), ficoeritrina , 15,16-dihidrobiliverdina (15,16-DHBV), 5-hidroxilisina , N -metil asparagina , Mg 2+ , Cl − .

La molécula biológica supuesta de la ficoeritrina 545 (PE545) es (αβ) 2 o más bien (α 3 β)(α 2 β) . Los números 2 y 3 después de las letras α en la segunda fórmula son parte de los nombres de las cadenas, no sus conteos. El nombre criptofitano sinónimo de la cadena α 3 es cadena α 1 .

El conjunto más grande de B-ficoeritrina (B-PE) es el trímero (αβ) 3 [9] [10] . Sin embargo, las preparaciones a partir de algas rojas también producen el hexámero (αβ) 6 [2] . En el caso de R-ficoeritrina (R-PE) la molécula biológica más grande asumida aquí es (αβγ) 6 , (αβγ) 3 (αβ) 3 o (αβ) 6 dependiendo de la publicación, para otros tipos de ficoeritrina (αβ) 6 . Estas cadenas γ del Protein Data Bank son muy pequeñas y constan solo de tres o seis aminoácidos reconocibles [15] [16] , mientras que la cadena γ del enlazador descrita al comienzo de esta sección es grande (por ejemplo, 277 aminoácidos de longitud 33  kDa en el caso de γ 33 del alga roja Aglaothamnion neglectum ) [17] [2] . Esto se debe a que la densidad electrónica del polipéptido gamma se promedia principalmente por su simetría cristalográfica triple y solo se pueden modelar unos pocos aminoácidos [15] [16] [18] [19] .

Para (αβγ) 6 , (αβ) 6 o (αβγ) 3 (αβ) 3 los valores de la tabla deben simplemente multiplicarse por 3, (αβ) 3 contiene cantidades intermedias de moléculas no proteicas. (esta incongruencia debe corregirse)

En la ficoeritrina PE545 anterior, una cadena α (-2 o -3) se une a una molécula de billina; en otros ejemplos, se une a dos moléculas. La cadena β siempre se une a tres moléculas. La pequeña cadena γ no se une a ninguna.

Dos moléculas de N -metil asparagina están unidas a la cadena β, una 5-hidroxilisina a α (-3 o -2), una Mg 2+ a α-3 y β, una Cl − a β, 1–2 moléculas de SO2−
4a α o β.

A continuación se muestra un ejemplo de la estructura cristalina de la R-ficoeritrina del Protein Data Bank :

Estructura cristalina de la R-ficoeritrina del alga roja Gracilaria chilensis ( PDB ID: 1EYX [15] [16] [11] ), oligómero básico ( α β γ ) 2 (la llamada unidad asimétrica). Contiene ficocianobilina , biliverdina IX alfa , ficourobilina , N -metil asparagina , SO 4 2− . Un fragmento de la cadena γ es rojo, el segundo blanco porque no se considera una hélice alfa a pesar de la secuencia de aminoácidos idéntica.
El oligómero completo de R-ficoeritrina de Gracilaria chilensis ( α β γ ) 6 ( PDB ID: 1EYX [15] [16] [11] )

Características espectrales

Espectros de absorción (o extinción) y fluorescencia (o emisión) de la ficoeritrina

Los picos de absorción en el espectro de luz visible se miden a 495 y 545/566 nm, dependiendo de los cromóforos unidos y del organismo considerado. Existe un pico de emisión fuerte a 575 ± 10 nm. (La ficoeritrina absorbe una luz ligeramente azul-verde/amarillenta y emite una luz ligeramente naranja-amarillenta).

Las bilinas PEB y DBV en PE545 también absorben en la región espectral verde, con máximos a 545 y 569 nm respectivamente. El máximo de emisión de fluorescencia se encuentra a 580 nm. [3]

Variaciones de R-ficoeritrina

Perfiles de excitación y emisión de R-ficoeritrina de dos algas diferentes. También se indican las longitudes de onda de excitación láser comunes.

Como se mencionó anteriormente, la ficoeritrina se puede encontrar en una variedad de especies de algas. Por lo tanto, puede haber variación en la eficiencia de la absorción y emisión de luz requerida para facilitar la fotosíntesis. Esto podría ser el resultado de la profundidad en la columna de agua en la que reside típicamente un alga específica y la consiguiente necesidad de una mayor o menor eficiencia de los pigmentos accesorios.

Gracias a los avances en la tecnología de detección e imagen que pueden evitar el rápido fotoblanqueo, los fluoróforos proteicos se han convertido en una herramienta viable y poderosa para los investigadores en campos como la microscopía, el análisis de microarrays y el Western blotting. En vista de esto, puede ser beneficioso para los investigadores examinar estas R-ficoeritrinas variables para determinar cuál es la más apropiada para su aplicación particular. Incluso un pequeño aumento en la eficiencia de la fluorescencia podría reducir el ruido de fondo y disminuir la tasa de resultados falsos negativos.

Aplicaciones prácticas

La R-ficoeritrina (también conocida como PE o R-PE) es útil en el laboratorio como un indicador basado en fluorescencia para la presencia de cianobacterias y para marcar anticuerpos , más a menudo para citometría de flujo . También se utiliza en ensayos de microarrays, ELISA y otras aplicaciones que requieren alta sensibilidad pero no fotoestabilidad. [20] Su uso es limitado en microscopía de inmunofluorescencia debido a sus características de fotoblanqueo rápido . También hay otros tipos de ficoeritrinas, como la B-ficoeritrina, que tienen propiedades espectrales ligeramente diferentes. La B-ficoeritrina absorbe fuertemente a aproximadamente 545 nm (verde ligeramente amarillento) y emite fuertemente a 572 nm (amarillo) en cambio y podría ser más adecuada para algunos instrumentos. La B-ficoeritrina también puede ser menos "pegajosa" que la R-ficoeritrina y contribuye menos a la señal de fondo debido a la unión no específica en ciertas aplicaciones. [ cita requerida ] Sin embargo, el R-PE está mucho más disponible como conjugado de anticuerpo. Ficoeritrina (PE, λA máx. = 540–570 nm; λF máx. = 575–590 nm) [8]

La R-ficoeritrina y la B-ficoeritrina se encuentran entre los colorantes fluorescentes más brillantes jamás identificados.

Referencias

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