Université Paul Sabatier - Bat. 3R1b4 - 118 route de Narbonne 31062 Toulouse Cedex 09, France


décembre 2020 :

Rien pour ce mois

novembre 2020 | janvier 2021

Rechercher





Accueil > Equipes > Photochimie théorique et computationnelle (PTC) > Projets de Recherche > Systèmes biomoléculaires photo-isomérisables

Etude QM/MM de la protéine PYP

M. Boggio-Pasqua ; collaboration : G. Groenhof (Max-Planck Institute, Göttingen), M. A. Robb (Imperial College London)

La protéine jaune photo-active (PYP) est connue pour être le photorécepteur de la bactérie Halorhodospira halophila. Sous l’effet de l’absorption d’un photon visible dans le bleu, PYP entre dans un cycle photochimique mettant en jeu plusieurs intermédiaires produits dans un laps de temps compris entre quelques centaines de femtosecondes et plusieurs secondes.

Lors d’une étude antérieure, Groenhof et al. ont montré à l’aide de simulations de dynamique utilisant un champs de force QM/MM le mécanisme de photo-isomérisation trans-cis du chromophore de cette protéine après excitation électronique. L’importance de l’environnement de la protéine a notamment été démontrée sur ce mécanisme. En particulier, il a été montré que la photo-isomérisation est largement favorisée grâce à la stabilisation électrostatique de l’état excité du chromophore par la présence d’un groupe cationique guanidinium de l’acide aminé arginine située juste au-dessus du groupe phénolate chargé négativement du chromophore (figure ci-dessous). Néanmoins, des protéines mutantes dans lesquelles l’arginine a été remplacée par un acide aminé neutre peuvent tout de même subir le cycle photochimique, bien que de manière moins efficace. Ceci indique que l’arginine joue un rôle important mais n’est pas essentielle pour la photo-activation de PYP.

Des simulations dans l’état excité du chromophore en QM/MM sur une de ces protéines mutantes nous ont permis de mieux comprendre le rôle de l’acide aminé arginine dans la photo-isomérisation du chromophore. Notamment, nous avons montré que dans la protéine mutante, les événements primaires après photo-excitation étaient différents de ceux observés dans la protéine native. En effet, la photo-isomérisation dans la protéine mutante se produit par torsion autour de la liaison simple reliant le groupe phénolate à la partie alkyle du chromophore (torsion a, figure ci-dessous), alors que dans la protéine native l’isomérisation se produit autour de la liaison double éthylénique (torsion b, figure ci-dessous). Bien que l’isomérisation autour de la simple liaison ne conduise pas à la formation de l’isomère cis, elle provoque un renversement du groupe thioester et une rupture de la liaison hydrogène avec une cystéine avec un rendement de 20%. Le rendement quantique de la photo-activation de cette protéine mutante ayant été mesuré à 20% expérimentalement, cela suggère que l’étape cruciale pour démarrer le cycle photochimique est le renversement de l’oxygène du groupe thioester plutôt que l’isomérisation trans-cis.

Illustration du chromophore de PYP dans le site actif.
Illustration du chromophore de PYP dans le site actif.