Excitation-Wavelength Dependent Photocycle Initiation Dynamics Resolve Heterogeneity in the Photoactive Yellow Protein from Halorhodospira halophila
Julkaisuvuosi
2018
Tekijät
Mix, L. Tyler; Carroll, Elizabeth C.; Morozov, Dmitry; Pan, Jie; Gordon, Wendy Ryan; Philip, Andrew; Fuzell, Jack; Kumauchi, Masato; van Stokkum, Ivo; Groenhof, Gerrit; Hoff, Wouter D.; Larsen, Delmar S.
Tiivistelmä
Photoactive yellow proteins (PYPs) make up a diverse class of blue-light-absorbing bacterial photoreceptors. Electronic excitation of the p-coumaric acid chromophore covalently bound within PYP results in triphasic quenching kinetics; however, the molecular basis of this behavior remains unresolved. Here we explore this question by examining the excitation-wavelength dependence of the photodynamics of the PYP from Halorhodospira halophila via a combined experimental and computational approach. The fluorescence quantum yield, steady-state fluorescence emission maximum, and cryotrapping spectra are demonstrated to depend on excitation wavelength. We also compare the femtosecond photodynamics in PYP at two excitation wavelengths (435 and 475 nm) with a dual-excitation-wavelength-interleaved pump–probe technique. Multicompartment global analysis of these data demonstrates that the excited-state photochemistry of PYP depends subtly, but convincingly, on excitation wavelength with similar kinetics with distinctly different spectral features, including a shifted ground-state beach and altered stimulated emission oscillator strengths and peak positions. Three models involving multiple excited states, vibrationally enhanced barrier crossing, and inhomogeneity are proposed to interpret the observed excitation-wavelength dependence of the data. Conformational heterogeneity was identified as the most probable model, which was supported with molecular mechanics simulations that identified two levels of inhomogeneity involving the orientation of the R52 residue and different hydrogen bonding networks with the p-coumaric acid chromophore. Quantum calculations were used to confirm that these inhomogeneities track to altered spectral properties consistent with the experimental results.
Näytä enemmänOrganisaatiot ja tekijät
Julkaisutyyppi
Julkaisumuoto
Artikkeli
Emojulkaisun tyyppi
Lehti
Artikkelin tyyppi
Alkuperäisartikkeli
Yleisö
TieteellinenVertaisarvioitu
VertaisarvioituOKM:n julkaisutyyppiluokitus
A1 Alkuperäisartikkeli tieteellisessä aikakauslehdessäJulkaisukanavan tiedot
Lehti
Kustantaja
Volyymi
57
Numero
1
Sivut
1733-1747
ISSN
Julkaisufoorumi
Julkaisufoorumitaso
1
Avoin saatavuus
Avoin saatavuus kustantajan palvelussa
Ei
Rinnakkaistallennettu
Kyllä
Muut tiedot
Tieteenalat
Fysiikka; Kemia
Avainsanat
[object Object],[object Object],[object Object]
Julkaisumaa
Yhdysvallat (USA)
Kustantajan kansainvälisyys
Kansainvälinen
Kieli
englanti
Kansainvälinen yhteisjulkaisu
Kyllä
Yhteisjulkaisu yrityksen kanssa
Ei
DOI
10.1021/acs.biochem.7b01114
Julkaisu kuuluu opetus- ja kulttuuriministeriön tiedonkeruuseen
Kyllä