ВЛИЯНИЕ ОСМОЛИТОВ НА БИОЛЮМИНЕСЦЕНТНУЮ РЕАКЦИЮ БАКТЕРИЙ: СТРУКТУРНО-ДИНАМИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ : научное издание

Описание

Тип публикации: статья из журнала

Год издания: 2020

Идентификатор DOI: 10.31857/S0006302920060137

Ключевые слова: биолюминесценция, светящиеся бактерии, бактериальная люцифераза, осмолит, молекулярная динамика, структура и динамика белка, bioluminescence, luminous bacteria, bacterial luciferase, Osmolyte, molecular dynamics, Protein structure and dynamics

Аннотация: Исследовано влияние глицерина и сахарозы в концентрациях 10-40% на кинетику биолюминесцентной реакции бактерий методом остановленного потока и показано увеличение квантового выхода реакции в присутствии 10% этих осмолитов. Дальнейший рост концентрации до 30-40% приводит к снижению эффективности реакции в средах с глицерином, в то вПоказать полностьюремя как для сахарозы подобного действия не наблюдается. Проведено моделирование молекулярной динамики бактериальной люциферазы в окружении молекул воды и различного количества молекул глицерина и сахарозы. Получено, что глицерин и сахароза в исследованном диапазоне концентраций не оказывают значительного эффекта на конформацию бактериальной люциферазы. Расчет среднеквадратичной флуктуации Cα-атомов α-субъединицы люциферазы показал, что увеличение квантового выхода в присутствии 10% сахарозы и глицерина может объясняться большей подвижностью мобильной петли фермента по сравнению с водным окружением. Установлено, что, в отличие от сахарозы, глицерин имеет доступ в активный центр бактериальной люциферазы, а при высоких концентрациях (30 и 40%) вытесняет оттуда молекулы воды на протяжении всего времени моделирования (40 нс), что может объяснять снижение квантового выхода реакции. The effects of viscous media with glycerol and sucrose (10-40%) on the kinetics of the bacterial bioluminescent reaction have been investigated by stopped-flow technique. Increment of quantum yield in media with 10% of both osmolytes was shown. Higher concentrations of glycerol, up to 30-40%, were found to reduce the efficiency of the reaction, while this effect was not observed in the media with sucrose. The molecular dynamics simulation was used to study the structure of bacterial luciferase surrounded by either water molecules solely or by mixture of water with various numbers of glycerol/sucrose molecules. It was found that both cosolvents at studied concentrations did not cause a significant change in conformation of bacterial luciferase. The calculated root mean square fluctuations for Cα-atoms of bacterial luciferase α-subunit indicated that the higher flexibility of the enzyme mobile loop could be responsible for increment of quantum yield in the presence of 10% of both osmolytes. The active site of bacterial luciferase was found to be accessible for glycerol molecules while sucrose did not enter catalytic gorge. Moreover, at 30% and 40% concentration the glycerol molecules were found to locate in the active site of bacterial luciferase throughout the whole simulation time (40 ns) and to exclude water molecules, which can explain the experimentally obtained reaction quantum yield decrease.

Ссылки на полный текст

Издание

Журнал: Биофизика

Выпуск журнала: Т. 65, 6

Номера страниц: 1135-1141

ISSN журнала: 00063029

Место издания: Москва

Издатель: ФИЦ "Пущинский научный центр биологических исследований РАН", Российская академия наук, Российская академия наук

Авторы

  • Суковатый Л.А. (Сибирский федеральный университет)
  • Лисица А.Е. (Сибирский федеральный университет)
  • Кратасюк В.А. (Институт биофизики СО РАН)
  • Немцева Е.В. (Институт биофизики СО РАН)

Вхождение в базы данных