fikosiyanin - Phycocyanin

fikobilizom proteini
Allofikosiyanin 12-mer PDB 1all
tanımlayıcılar
Sembol	fikobilizom
Pfam	PF00502
InterPro	IPR001659
SCOP2	1cpc / KAPSAM / SUPFAM
Mevcut protein yapıları: Pfam   yapılar / ECOD   PDB RCSB PDB ; PDBe ; PDBj PDB toplamı yapı özeti

fikosiyanobilin

Phycocyanin a, pigment ışık hasat gelen proteini kompleksi fikobilıprotein birlikte ailesiyle allofikosiyanin ve fikoeritrin . Bir olan aksesuar pigmenti için klorofil . Tüm fikobiliproteinler suda çözünürdür, bu nedenle karotenoidler gibi zar içinde var olamazlar. Bunun yerine, fikobiliproteinler kümeleri oluşturmak üzere bir araya olduğu membran denilen bağlı phycobilisomes . Phycocyanin, özellikle 620 nm'ye yakın (hangi özel tip olduğuna bağlı olarak) turuncu ve kırmızı ışığı emen karakteristik bir açık mavi renktir ve yaklaşık 650 nm'de floresan yayar (hangi tür olduğuna bağlı olarak). Allofikosiyanin, fikosiyanin C veya fikosiyanin R'den daha uzun dalga boylarında emer ve yayar. Fikosiyaninler, siyanobakterilerde ( mavi-yeşil algler olarak da adlandırılır ) bulunur. Phycobiliproteins, immünoassay kitlerinde kullanılan floresan özelliklere sahiptir . Phycocyanin Yunan ila phyco “anlamına yosun ” ve siyanin İngilizce kelime “den mavi geleneksel (kapat 'aqua' olarak belirtilecektir) mavi-yeşil bir gölge" anlamına ve Yunan “türetilmiştir Kyanos biraz anlamına gelen" farklı renk: "koyu mavi". Aphanizomenon flos-aquae ve Spirulina tarafından üretilen phycocyanin ürünü, örneğin yiyecek ve içecek endüstrisinde doğal renklendirme maddesi 'Lina Blue' veya 'EXBERRY Shade Blue' olarak kullanılır ve tatlılarda ve dondurmada bulunur. Ek olarak, su numunelerinde fikosiyanin pigmentlerinin floresan tespiti, siyanobakteri biyokütlesini izlemek için faydalı bir yöntemdir.

Fikobiliproteinler, 1-2 lineer tetrapirol kromoforunun kovalent olarak bağlı olduğu bir protein omurgasına sahip iki alt birimden (alfa ve beta) yapılır.

C-fikosiyanin, 20 ve 70 °C'de aynı spektroskopik (ışık emici) davranışlarla yaklaşık 70 °C'ye kadar stabil olabildiğinden, genellikle kaplıcaların çevresinde gelişen siyanobakterilerde bulunur. Termofiller, bu daha yüksek koşullar altında kararlı hale getiren biraz farklı amino asit dizileri içerir. Molekül ağırlığı yaklaşık 30.000 Da'dır. Bu sıcaklıklarda bu protein in vitro stabilitesinin önemli ölçüde daha düşük olduğu gösterilmiştir. Saflaştırılmış bir durumda 65 °C koşullarına 1 dakika maruz kaldıktan sonra proteinin foto-spektral analizi, üçüncül yapının %50'lik bir kaybı gösterdi.

Microcystis aeruginosa siyanobakterilerden elde edilen phycocyanin pigmenti.

Yapı

Fikosiyanin (αβ) monomeri

Phycocyanin (αβ) ₆ heksamer

Phycocyanin, tüm fikobiliproteinlerle ortak bir yapısal temayı paylaşır . Yapı, α ve β alt birimlerinden oluşan heterodimerler olan fikobiliprotein monomerlerinin ve bunların tiyoeter bağıyla bağlı ilgili kromoforlarının bir araya gelmesiyle başlar .

Her alt birim tipik olarak sekiz α-helisinden oluşur . Monomerler , dönme simetrisine ve merkezi bir kanala sahip halka şeklinde trimerler (αβ) ₃ oluşturmak üzere kendiliğinden toplanır . Trimerler , bazen ek bağlayıcı proteinlerle desteklenen heksamerler (αβ) ₆ oluşturmak üzere çiftler halinde toplanır . Her fikobilizom çubuğu genellikle iki veya daha fazla fikosiyanin heksamerine sahiptir. Fikobiliproteinlerin yapısındaki ve montajındaki genel benzerliğe rağmen, sadece fikosiyaninler düşünüldüğünde bile, heksamer ve çubuk konformasyonlarında büyük bir çeşitlilik vardır. Daha büyük bir ölçekte fikosiyaninler , bunun biyolojik önemi tartışmalı olsa da, kristal yapıda da farklılık gösterir .

Örnek olarak, Synechococcus vulcanus kaynaklı C-phycocyanin yapısı 1.6 Angstrom çözünürlüğüne rafine edilmiştir . (αβ) monomeri, 332 amino asit ve 3 tiyo-bağlı fikosiyanobilin (PCB) kofaktör molekülünden oluşur. Hem α- hem de β-alt birimleri, amino asit 84'te bir PCB'ye sahiptir, ancak β-altbirim, 155 konumunda ek bir PCB'ye sahiptir. Bu ek PCB, trimerik halkanın dışına bakar ve bu nedenle fikobilizom kompleksinde çubuklar arası enerji transferinde yer alır. Kofaktörlere ek olarak, yapısal stabiliteye katkıda bulunduğu varsayılan, çevreleyen solvent (su) ile birçok tahmin edilebilir kovalent olmayan etkileşim vardır.

R-phycocyanin II (R-PC II), bazı Synechococcus türlerinde bulunur. R-PC II'nin, siyanobakterilerden kaynaklanan fikosiyanin içeren ilk PEB olduğu söylenir. Saflaştırılmış proteini, eşit miktarlarda alfa ve beta alt birimlerinden oluşur. R-PC II, beta-84'te PCB ve alfa-84 ve beta-155'te fikoeritrobilin (PEB) içerir.

7 Mart 2018 itibariyle, Protein Veri Bankasında depolanmış 44 kristal fikosiyanin yapısı bulunmaktadır .

spektral özellikler

C-phycocyanin, organizmaya ve sıcaklık, pH ve in vitro protein konsantrasyonu gibi koşullara bağlı olarak hafifçe değişen ~621 nm'de tek bir absorpsiyon zirvesine sahiptir . Onun emisyon maksimum ~ 642 nm olduğunu. Bu, pigmentin turuncu ışığı emdiği ve kırmızımsı ışık yaydığı anlamına gelir. R-phycocyanin, 533 ve 544 nm'de maksimum absorpsiyona sahiptir. R-fikosiyaninin maksimum floresan emisyonu 646 nm'dir.

Ekolojik uygunluk

Phycocyanin birçok kişi tarafından üretilir fotoototrofık siyanobakterilerce. Siyanobakterilerde yüksek konsantrasyonlarda fikosiyanin olsa bile, ışık koşulları nedeniyle okyanustaki üretkenlik hala sınırlıdır.

Phycocyanin, siyanobakterilerin çiçeklenmesini göstermede ekolojik öneme sahiptir. Normalde klorofil a siyanobakteri sayılarını belirtmek için kullanılır, ancak çok sayıda fitoplankton grubunda bulunduğundan ideal bir ölçü değildir. Örneğin, Baltık Denizi'nde yapılan bir çalışmada, zehirli yaz çiçekleri sırasında filamentli siyanobakteriler için bir belirteç olarak fikosiyanin kullanılmıştır . Baltık Denizi'ndeki bazı ipliksi organizmalar arasında Nodularia spumigena ve Aphanizomenon flosaquae bulunur .

Spirulina ( Arthrospira plantensis ) adlı önemli bir siyanobakteri , C-PC üreten bir mikro algdir .

Fotoototrofik, miksotrofik ve heterotrofik ve rekombinant üretim dahil olmak üzere birçok farklı fikosiyanin üretim yöntemi vardır. Fikosiyanin fotoototrofik üretimi, siyanobakteri kültürlerinin subtropikal veya tropik bölgelerdeki açık havuzlarda yetiştirildiği yerdir. Alglerin miksotrofik üretimi, alglerin glikoz gibi organik bir karbon kaynağına sahip kültürlerde yetiştirildiği yerdir . Basit bir fotoototrofik kültür kullanmaya kıyasla, miksotrofik üretimin kullanılması daha yüksek büyüme oranları ve daha yüksek biyokütle üretir. Miksotropik kültürde, heterotrofik ve ototrofik büyümenin ayrı ayrı toplamı, miksotrofik büyümeye eşitti. Fikosiyaninin heterotrofik üretimi, tanımına göre hafif sınırlı değildir. Galdieria sulphuraria bir tek hücreli bir rhodophyte Cı-PC büyük bir miktarı ve bir az miktarda içerir allofikosiyanin . G. sulphuraria , C-PC'nin heterotrofik üretiminin bir örneğidir çünkü habitatı sıcak, asidik kaynaklardır ve büyüme için bir dizi karbon kaynağı kullanır. C-PC'nin rekombinant üretimi başka bir heterotrofik yöntemdir ve gen mühendisliğini içerir.

Liken oluşturan mantarlar ve siyanobakteriler genellikle simbiyotik bir ilişkiye sahiptir ve bu nedenle mantarla ilişkili siyanobakterilerin ekolojik dağılımını göstermek için fikosiyanin belirteçleri kullanılabilir. Lichina türleri ve Rivularia suşları arasındaki son derece spesifik ilişkide gösterildiği gibi , phycocyanin, grubun kuzeybatı Atlantik Okyanusu kıyı kenarı boyunca evrimsel tarihini çözmek için yeterli filogenetik çözünürlüğe sahiptir .

biyosentez

cpc operonunda yer alan ve aynı mRNA transkriptinden çevrilen iki gen cpcA ve cpcB, sırasıyla C-PC α- ve β-zincirlerini kodlar. Bağlayıcı proteinler ve fikobilin sentezinde yer alan enzimler ve fikobiliproteinler gibi ek elementler genellikle bitişik gen kümelerindeki genler tarafından kodlanır ve Arthrospira platensis'in cpc operonu ayrıca C-PC komplekslerinin birleştirilmesine yardımcı olan bir bağlayıcı proteini kodlar. Kırmızı alglerde fikobiliprotein ve bağlayıcı protein genleri plastid genomunda yer alır.

Fikosiyanobilin, heme'den sentezlenir ve üç enzimatik adımla C-PC apo-proteinine eklenir. Siklik heme, hem oksijenaz tarafından lineer biliverdin IXa'ya oksitlenir ve ayrıca 3Z-fikosiyanobilin:ferredoksin oksidoredüktaz tarafından baskın fikosiyanobilin izomeri olan 3Z-fikosiyanobline dönüştürülür. Tiyoeter bağı oluşumu yoluyla C-PC apo-proteinine 3Z-fikosiyanobilin eklenmesi, fikosiyanobilin liyaz tarafından katalize edilir.

cpc operonu için promotör, cpcB geninin 427-bp yukarı akış bölgesi içinde yer alır. İçinde A platensis , 6 varsayımsal hızlandırıcı sekanslar dönüştürüldüğünde, dördü, yeşil floresan protein ekspresyonunu gösteren bölgede tespit edilmiştir , E. coli . Aynı bölgede ışığa tepki veren elementler gibi diğer pozitif elementlerin varlığı da gösterilmiştir.

cpc operonundaki çoklu promotör ve yanıt elemanı dizileri, siyanobakterilerin ve kırmızı alglerin ekspresyonunu çoklu çevresel koşullara yanıt olarak ayarlamasını sağlar. cpcA ve cpcB genlerinin ekspresyonu ışıkla düzenlenir. Düşük ışık yoğunlukları CPC ve diğer pigmentlerin sentezini uyarır, yüksek ışık yoğunluklarında ise pigment sentezi baskılanır. Belirli pigment konsantrasyonlarının, özellikle yüksek C-PC ve APC içeriğine sahip bir siyanobakteri olan Arthronema africanum'da 36 °C'de net bir maksimum göstermesiyle, sıcaklığın da sentezi etkilediği gösterilmiştir.

Azot ve ayrıca demir sınırlaması fikobiliprotein bozulmasını indükler. Organik karbon kaynakları, Anabaena spp.'de C-PC sentezini uyarır, ancak A. platensis'te neredeyse hiç efektör negatif etkisi yok gibi görünmektedir. Rhodophytes Cyanidium caldarium ve Galdieria sulphuraria'da, C-PC üretimi glikoz tarafından bastırılır, ancak heme tarafından uyarılır.

biyoteknoloji

Saf phycocyanin ekstraksiyonları alglerden izole edilebilir. Temel ayırma sırası aşağıdaki gibidir. Hücre duvarının mekanik kuvvetler (donma çözme) veya kimyasal ajanlar (enzimler) ile yırtılması. Daha sonra, C-PC, santrifüjleme ile izole edilir ve amonyum sülfat çökeltmesi veya kromatografi ( iyon veya jel filtrasyonu) ile saflaştırılır . Daha sonra numune dondurulur ve kurutulur .
.

Uygulamalar

Phycocyanin birçok uygulamada kullanılabilir, özellikle ilaç ve gıda uygulamalarında kullanılır. Doğal floresansı nedeniyle bir izleyici olarak hareket ettiği genetikte de kullanılabilir .

İlaç

Anti-oksidasyon ve anti-inflamatuar

Phycocyanin hem antioksidan hem de iltihap önleyici özelliklere sahiptir. Peroksil, hidroksil ve alkoksil radikallerinin tümü C-PC tarafından temizlenen oksidanlardır. Ancak C-PC, peroksil radikalleri üzerinde daha büyük bir etkiye sahiptir. C-PC, lipid peroksidasyonunun oluşmasını engellediği için metal bağlayıcı bir antioksidandır. Peroksil radikalleri, kromofor (C-PC'nin bir alt birimi) tarafından stabilize edilir. Hidroksil radikallerinin temizlenmesi için düşük ışıkta ve yüksek C-PC seviyelerinde yapılmalıdır. Hidroksil radikalleri vücudun iltihaplı kısımlarında bulunur. Bir antioksidan olan C-PC, bu hasara neden olan radikalleri temizler, dolayısıyla bir anti-inflamatuar ajandır.

nöroproteksiyon

Beyindeki fazla oksijen, Reaktif Oksijen Türleri (ROS) üretir. ROS, beyin nöronlarına zarar vererek felçlere neden olur. C-phycocyanin, bir tür ROS türü olan hidrojen peroksiti astrosit içinden temizleyerek oksidatif stresi azaltır. Astrositler ayrıca BDNF ve NDF gibi büyüme faktörlerinin üretimini de arttırır, bu nedenle sinir rejenerasyonunu arttırır. C-PC ayrıca astrogliosis ve glial iltihabı önler .

hepatoproteksiyon

C-phycocyanin'in hepatotoksisite korumasına sahip olduğu bulunmuştur. Vadiraja et al. (1998) , C-PC, Karbon tetraklorür (CCl4) veya R-(+)-pulegon gibi heptatoksinlere karşı tedavi edildiğinde serum glutamik piruvik transaminazında (SGPT) bir artış buldu . C-PC, Cytochrome-P450 sistemi sayesinde karaciğeri korur . Mentofuran üretimini bozabilir veya α, β-doymamış- γ-ketoaldehit oluşumunu bozabilir. Her ikisi de karaciğer dokularına bağlandığında toksinler üreten reaktif bir metabolit üreten sitokrom P-450 sisteminin temel bileşenleridir. C-PC tarafından başka bir olası koruma mekanizması, reaktif metabolitlerin (veya neden CCl4 ise serbest radikallerin) temizlenmesi olabilir.

anti-kanser

C-phycocyanin (C-PC) kanser önleyici etkilere sahiptir. Kanser, hücreler kontrolsüz bir şekilde büyümeye devam ettiğinde ortaya çıkar. C-PC'nin hücre büyümesini önlediği bulunmuştur. C-PC, S fazından önce tümör oluşumunu durdurur. G0'a giren tümör hücresi nedeniyle DNA sentezi yapılmaz ve tümör proliferasyonu olmaz. Ayrıca, C-PC apoptozu indükler. Hücreler C-PC ile tedavi edildiğinde, ROS (Radikal Oksijen Türleri) yapılır. Bu moleküller BCl-2 (apoptoz düzenleyici) üretimini azaltır. Burada BCl-2, kaspaz adı verilen proteinleri inhibe eder. Kaspazlar apoptoz yolunun bir parçasıdır. BCl-2 azaldığında kaspazların ifadesi artar. Sonuç olarak, apoptoz meydana gelir. C-PC tek başına kanseri tedavi etmek için yeterli değildir, tümör hücrelerinin kalıcı doğasının üstesinden gelmek için başka ilaçlarla çalışması gerekir.

Gıda

C-phycocyanin (C-PC), doğal mavi gıda boyası olarak kullanılabilir. Bu gıda boyası, koruyucu veya şeker ilavesi olmadıkça yüksek ısılarda mavi rengini koruyamadığından, yalnızca düşük sıcaklıkta hazırlanmış ürünler için kullanılabilir. Şekerin türü önemli değildir, yüksek şeker içeriği olduğunda C-PC stabildir. Bunu bilerek, C-PC, biri şurup olan çok sayıda gıda türü için kullanılabilir. C-PC, yeşilden maviye değişen şuruplar için kullanılabilir. Sarı gıda boyaları eklenerek farklı yeşil tonlar elde edilebilir.

Pazar

Phycocyanin pazarının 2019-2028 döneminde büyümesi bekleniyor, 2013 yılında FDA'dan onay alan bir phycocyanin mavi pigmenti bu pazar için birçok fırsat açtı ve 2019-2028 tahmin döneminde 1 Milyar USD'ye ulaşması bekleniyor.

Referanslar

daha fazla okuma