Structure of the chromophore binding pocket in the Pr state of plant phytochrome phyA.

بنية جيب ارتباط الكروموفور في الحالة Pr للفيتوكروم النباتي phyA.

Clicks: 440
ID: 97346
2011
Article Quality & Performance Metrics
Overall Quality
Not rated
Combines reader engagement with the AI quality analysis. This article has not been analysed, so there is no overall score — reader engagement is measured and shown alongside.
AI Quality Assessment
Not analyzed
Readership in this journal
Popular

Ranked #11 of 42 articles by views in the journal of physical chemistry b

Most read Least read

Bar heights use a square-root scale.

Mint this article as an NFT
Not yet minted

Create a permanent, verifiable on-chain record of this article on the Scimatic Network. The NFT is held in your Journament account, and you can withdraw it to your own wallet at any time.

5 SUSD one-off · no wallet required
Abstract
A homology structural model was generated for plant phytochrome phyA utilizing the crystal structure of the sensory module of cyanobacterial phytochrome Cph1 (Cph1Δ2). As chromophores, either the native phytochromobilin cofactor (PΦB) or phycocyanobilin (PCB), the natural cofactor in Cph1, was incorporated. These homology models were further optimized by molecular dynamics (MD) simulations revealing a satisfying overall agreement with the crystal structure of Cph1Δ2. Notable differences in the PΦB adduct of phyA result from a restructuring of the small helical segment α(7) that leads to displacements of a few amino acids away from the cofactor. This repositioning of residues also include aspartate 218 such that, instead of its carbonyl function as in Cph1Δ2, an additional water molecule forms hydrogen bonds with the ring B and C NH groups. To validate the phyA structural model in the chromophore binding pocket, Raman spectra of the cofactor were calculated by means of the quantum mechanics/molecular mechanics (QM/MM) hybrid methodology and compared with the experimental resonance Raman (RR) spectra. The satisfactory overall agreement between calculated and experimental spectra is taken as an indication for the good quality of the structural model. Moreover, the methine bridge stretching modes and the effects of isotopic labeling at selected positions of the chromophore are very well reproduced to allow confirming even details of the methine bridge geometry as predicted by the homology model. Specifically, it is demonstrated that the experimental RR spectra are consistent with a torsional angle of ring D with respect to ring C that is distinctly higher for phyA-PCB (45°) and phyA-PΦB (42°) than for Cph1Δ2 (30°). Raman spectra calculated from different points of the MD trajectory display variations of the mode frequencies and intensities reflecting the structural fluctuations from snapshot to snapshot. The snapshot spectrum of the lowest energy structure and the sum of all snapshot spectra afford an equally good description of the experimental data. Particularly large variations between the snapshots are noted for the N-H in-plane bending mode of the pyrrole rings B and C, which reflect alterations of the hydrogen bond interactions brought about by fluctuations of water molecules in the cofactor cavity. This overestimation of the water molecule mobility is a consequence of the deficiency of the current QM/MM methodology that, due to the lack of appropriate protein force fields, cannot adequately account for the electrostatics in the cofactor pocket.
تم إنشاء نموذج بنيوي بالتناظر للفيتوكروم النباتي phyA بالاعتماد على البنية البلورية للوحدة الحسية في الفيتوكروم البكتيري السياني Cph1 (Cph1Δ2). وكحاملات للون، دُمج إما العامل المرافق الأصلي فيتوكروموبيلين (PΦB) أو فيكوسيانوبيلين (PCB)، وهو العامل المرافق الطبيعي في Cph1. وعلاوة على ذلك، تم تحسين نماذج التناظر هذه بواسطة محاكاة الديناميكا الجزيئية (MD)، مما أظهر توافقاً إجمالياً مُرضياً مع البنية البلورية لـ Cph1Δ2. وتنتج الاختلافات الملحوظة في ناتج ارتباط PΦB مع phyA عن إعادة هيكلة للجزء الحلزوني الصغير α(7)، الأمر الذي يؤدي إلى إزاحة بضعة أحماض أمينية بعيداً عن العامل المرافق. وتشمل إعادة تموضع الثمالات هذه الأسبارتات 218 أيضاً؛ بحيث يُشكل جزيء ماء إضافي، بدلاً من مجموعته الكربونيلية كما في Cph1Δ2، روابط هيدروجينية مع مجموعات NH في الحلقتين B وC. وللتحقق من صحة النموذج البنيوي لـ phyA في جيب ربط حامل اللون، حُسبت أطياف رامان للعامل المرافق باستخدام المنهجية الهجينة لميكانيكا الكم/الميكانيكا الجزيئية (QM/MM)، وقُورنت بأطياف رامان الرنينية التجريبية (RR). ويُعد التوافق الإجمالي المُرضي بين الأطياف المحسوبة والتجريبية دلالةً على الجودة العالية للنموذج البنيوي. فضلاً عن ذلك، تم تمثيل أنماط استطالة جسر الميثين وتأثيرات الوسم النظائري في مواقع محددة من حامل اللون تمثيلاً دقيقاً للغاية، مما أتاح تأكيد تفاصيل هندسة جسر الميثين كما تنبأ بها نموذج التناظر. وعلى وجه التحديد، أُثبت أن أطياف RR التجريبية تتفق مع زاوية التواء للحلقة D بالنسبة إلى الحلقة C تكون أعلى بشكل ملحوظ في phyA-PCB (45°) وphyA-PΦB (42°) مقارنة بـ Cph1Δ2 (30°). وتُظهر أطياف رامان المحسوبة من نقاط مختلفة على مسار محاكاة الديناميكا الجزيئية تبايناً في ترددات الأنماط وشدتها، مما يعكس التقلبات البنيوية بين لقطة وأخرى. ويُقدم كلٌّ من طيف اللقطة للبنية ذات الطاقة الأدنى ومجموع أطياف اللقطات كافة وصفاً جيداً بالقدر نفسه للبيانات التجريبية. وتُلاحظ تباينات كبيرة على نحو خاص بين اللقطات في نمط الانحناء في المستوي للرابطة N-H في حلقتي البيرول B وC، وهو ما يعكس تغيرات في تفاعلات الروابط الهيدروجينية الناجمة عن تقلبات جزيئات الماء في تجويف العامل المرافق. وتُعد هذه المبالغة في تقدير حركية جزيئات الماء نتيجةً لقصور منهجية QM/MM الحالية، والتي تعجز، بسبب الافتقار إلى مجالات قوة بروتينية ملائمة، عن احتساب التأثيرات الكهروستاتيكية في جيب العامل المرافق على نحو كافٍ.
Reference Key
mroginski2011structurethe Use this key to autocite in the manuscript while using SciMatic Manuscript Manager or Thesis Manager
Authors Mroginski, Maria Andrea;Kaminski, Steve;von Stetten, David;Ringsdorf, Simone;Gärtner, Wolfgang;Essen, Lars-Oliver;Hildebrandt, Peter;
Journal the journal of physical chemistry b
Year 2011
DOI
10.1021/jp108265h
URL
Keywords

Citations

No citations found. To add a citation, contact the admin at info@scimatic.org

No comments yet. Be the first to comment on this article.