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Chemistry

Millisecondo conformazionali Variazioni proteine ​​risolti dal Photothermal Rinvio del raggio

Published: February 18, 2014 doi: 10.3791/50969

Summary

Qui riportiamo un'applicazione della tecnica deflessione del fascio photothermal in combinazione con un composto di calcio in gabbia, DM-nitrophen, per monitorare microsecondi e millisecondi dinamica ed energetica di cambiamenti strutturali connessi con l'associazione calcio per un sensore calcio neuronale, Downstream elemento di regolazione Antagonista Modulator .

Abstract

Deflessione del fascio Photothermal insieme con la foto-acustica calorimetria e griglia termica appartiene alla famiglia dei metodi fototermiche che controllano il volume e il tempo di entalpia profilo cambiamenti di luce indotti cambiamenti conformazionali nelle proteine ​​sulla microsecondo per millisecondo scale temporali che non sono accessibili con fermata tradizionale -flow strumenti. Inoltre, poiché le variazioni complessiva del volume e / o entalpia vengono sondati, queste tecniche possono essere applicate a proteine ​​e altre biomacromolecole che mancano di un fluoroforo e o un'etichetta cromoforo. Per monitorare la dinamica ed energetica dei cambiamenti strutturali connessi con Ca 2 + vincolante ai trasduttori di calcio, tali sensori di calcio neuronali, un composto di calcio in gabbia, DM-nitrophen, è impiegato per foto-trigger un facile (τ <20 msec) aumento del calcio libero variazioni di concentrazione e il volume associato e entalpia vengono sondati con fascio fototermica tecnica di deflessione.

Introduction

Photo-thermal metodi come la calorimetria fotoacustica, deflessione del fascio fototermica (PDB), e griglia transitoria accoppiato con eccitazione laser nanosecondo rappresentano una potente alternativa a transitori spettroscopie ottiche per gli studi risolta in tempo di breve durata intermedi 1,2. Contrariamente alle tecniche ottiche, come l'assorbimento transiente e spettroscopia IR, che monitorano il profilo temporale delle variazioni di assorbimento nella cromoforo circostante; tecniche fototermiche rilevano la dipendenza dal tempo delle variazioni di calore / volume e quindi sono strumenti preziosi per lo studio di profili temporali otticamente processi "silenti". Finora, calorimetria fotoacustica e griglia transitorio è stato applicato con successo per studiare la dinamica conformazionale dei processi foto-indotto compreso diatomic migrazione ligando in globine 3,4, interazioni ligando con proteine ​​sensore di ossigeno FixL 5, elettrone e trasporto di protoni in eme-rame ossidasi 6 unnd fotosistema II così come foto-isomerizzazione in rodopsina 7 e dinamica conformazionale in cryptochrome 8.

Per espandere l'applicazione di tecniche fototermiche a sistemi biologici che mancano un cromoforo interno e / o fluoroforo, la tecnica PBD è stato combinato con l'uso di composti gabbia a foto-trigger un aumento della concentrazione di ligando / substrato giro di pochi microsecondi o superiore, a seconda sul composto gabbia. Questo approccio consente il monitoraggio delle dinamiche e l'energetica dei cambiamenti strutturali connessi con il ligando / substrato legame alle proteine ​​che mancano di un fluoroforo interno o cromofori e scala temporale che non sono accessibili con strumenti stop-flow commerciali. Qui un'applicazione di PBD per monitorare la termodinamica del composto gabbia, Ca 2 + DM-nitrophen, foto-scissione e la cinetica di Ca 2 + associazione al dominio C-terminale del sensore calcio neuronale Giùflusso di regolamentazione Elemento Antagonista modulatore (Dream) è presentato. Il Ca 2 + è foto-rilasciato da Ca 2 + DM-nitrophen entro 10 msec e riassocia a una gabbia unphotolysed con una costante di tempo di ~ 300 msec. D'altra parte, in presenza di apoDREAM si osserva una cinetica supplementare che si verificano sul millisecondo scala temporale e riflette il legame alla proteina ligando. L'applicazione del PBD per sondare transizioni conformazionali nei sistemi biologici è stata in qualche modo limitato a causa delle difficoltà strumentali; allineamento es arduo della sonda e fascio di pompa per ottenere un segnale forte e riproducibile PBD. Tuttavia, una progettazione meticolosa di una strumentazione set-up, un controllo preciso della temperatura, e un attento allineamento del fascio sonda e pompa forniscono un segnale coerente e robusto PBD che consente il monitoraggio di volume-tempo risolto e variazioni di entalpia su un ampio scala temporale da 10 msec a circa 200 msec. Inoltre, modificzioni della procedura sperimentale per assicurare la rilevazione di campione e di riferimento tracce sotto temperatura identica composizione del tampone, orientamento cella ottica, potenza del laser, ecc riduce significativamente l'errore sperimentale in volumi di reazione misurati ed entalpie.

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Protocol

1. Preparazioni di esempio

  1. Eseguire la preparazione dei campioni e tutte le manipolazioni del campione in una stanza buia per evitare un uncaging indesiderato.
  2. Solubilizzare DM-nitrophen ((1 - (2-nitro-4 ,5-dimetossifenil) - N, N, N ', N'-tetrakis [(ossi-carbonile) metil] -1,2-ethanediamine) in HEPES 50 mM tampone, KCl 100 mM, pH 7,0 ad una concentrazione finale di 400 pM (ε = 350nm 4330 m -1 cm -1 9).
  3. Aggiungere CaCl 2 dalla soluzione stock 0,1 M per ottenere un rapporto desiderabile di [Ca 2 +]: [DM-nitrophen]. Per le proteine ​​con la K d per Ca 2 + associazione più grande di 10 pM, il rapporto di [Ca 2 +]: [DM-nitrophen] 1:1 è preferibile evitare inceppamenti di foto-rilasciato Ca 2 + a uncaged DM-nitrophen . Infatti, considerando il valore d K per DM-nitrophen essere 10 nm e la concentrazione totale di DM-nitrophen e Ca 2 + essere 400 mM, ~ 90% di una proteina legante calciocon K d = 10 pM saranno nel apoform. D'altra parte, per lo studio di Ca 2 + legame alle proteine ​​con K d <10 pM, è preferibile ridurre la [Ca 2 +]: rapporto [DM-nitrophen] a 0,95 per evitare Ca 2 + complessazione con l'apo- proteine ​​prima la gabbia foto-dissociazione.
  4. Solubilizzare il composto di riferimento, K 3 [Fe (III) (CN) 6] o Na 2 CrO 4, nello stesso tampone come per il campione.

2. Impostazione dell'esperimento

  1. La configurazione sperimentale di base è mostrata in Figura 2.
  2. Utilizzare un foro per perno (P 2) per regolare il diametro del fascio sonda (632 nm uscita del laser He-Ne, ~ potenza del laser 5 mW) a 1 mm e propagare il fascio sonda attraverso il centro di una cella posta in temperatura controllata supporto cella utilizzando un M 1 specchio.
  3. Usare uno specchio (M 2) dietro il campione per centrare il fascio sondasu un centro di rivelatore sensibile posizione.
  4. Focalizzare il fascio sonda sul centro del rivelatore in modo tale che la differenza di tensione tra i due diodi e peggiori due diodi e la differenza di tensione tra i due diodi sul lato sinistro e destro del rivelatore è zero.
  5. Successivamente, forma un diametro del fascio di pompa, un'uscita 355 nm di Q-switched Nd: YAG, FWHM 5 nsec) utilizzando un foro 3 mm (P 1) posta tra due specchi laser 355 nm.
  6. Copropagate fascio di pompa attraverso il centro della cuvetta come mostrato nella Figura 2. E 'importante che entrambi i fasci laser sono propagati attraverso il centro della cella ottica in maniera quasi collineare avere un angolo di deviazione misurabile e quindi elevata ampiezza di segnale PBD. In condizioni sperimentali, l'angolo di intersezione dei fasci sonda e della pompa è inferiore a 15 °.
  7. Utilizzare un composto di riferimento per allineare la sonda e pompafascio per ottenere un segnale PBD soddisfacente e un buon rapporto S / N e stabile ampiezza PBD su scale temporali più lunghi (~ 100 msec).
  8. Regolare la posizione del fascio di pompa rispetto al fascio sonda da un adeguamento incrementale di 355 specchi laser nm.
  9. Misurare l'ampiezza del segnale di riferimento PBD come una differenza tra due fotodiodi superiore e inferiore del rivelatore sensibile alla posizione. Il segnale PBD deve presentare un rapido aumento dell'ampiezza su una scala temporale veloce (<10 msec) e rimanere stabile su scala temporale 100 msec come mostrato nella Figura 3. Il colpo alla variabilità colpo dell'ampiezza PPB è entro il 5% dell'ampiezza del segnale e la riproducibilità del segnale è influenzata principalmente da vibrazioni.
  10. Verificare la linearità della ampiezza del segnale PBD rispetto all'energia termica liberata misurando la dipendenza lineare del segnale PBD sulla potenza del laser di eccitazione e sul numero di Einstein assorbita, e un= (1-10-A), dove A corrisponde alla assorbanza di riferimento alla lunghezza d'onda di eccitazione.
  11. Mantenere la potenza del laser di sotto di circa 1.000 μJ e assorbanza del composto campione / riferimento alla lunghezza d'onda di eccitazione inferiore a 0,5 per evitare l'assorbimento multifotonico e diminuzione della potenza del fascio pompa, rispettivamente, e assicurare linearità del segnale PBD.

3. Misure PBD

  1. Iniziare con la misura delle tracce PBD per il riferimento. Posizionare la soluzione del composto di riferimento in una cella di quarzo x 0,5 centimetri 1,0 centimetri x 1,0 cm o 1,0 cm, posizionare la cella nel supporto temperatura controllata. Entrambe le lunghezze del percorso prevedono paragonabile ampiezza PBD.
  2. Rilevare il segnale di riferimento PBD in funzione della temperatura nell'intervallo di temperatura 16-35 ° C con l'incremento della temperatura di 3 ° C.
  3. Ad ogni cambiamento di temperatura, controllare la posizione del fascio sonda sul rivelatore sensibile posizione e riregolare la posizione al centro del rivelatore, se necessario.
  4. Controllare la linearità del segnale PBD in funzione della [(dn / dt) / C p ρ] termine secondo l'equazione 2.
  5. Porre la soluzione campione nella stessa cella ottica come per il composto di riferimento mantenendo lo stesso orientamento della cella ottica per la misurazione di riferimento.
  6. Rileva le PBD tracce del campione nello stesso intervallo di temperatura per il riferimento e verificare la linearità della ampiezza del campione PBD rispetto al [(dn / dt) / C p ρ] termine.

4. Analisi dei dati

L'entità della deformazione è direttamente proporzionale alla variazione di volume dovuto al riscaldamento del campione (ΔV th) e variazione di volume non termico (ΔV nonth) secondo l'equazione 1:
Equazione 1
L'ampiezza del campione (A S) E di riferimento (A r) PBD segnale può essere descritto mediante equazioni 2 e 3, rispettivamente.
Equazione 2

Equazione 3

PBD segnale è direttamente proporzionale al parametro di risposta dello strumento (K) e il numero di Einstein assorbita (E a). Il primo termine dell'equazione 2, (dn / dt) (1/ρC p) Q, corrisponde alla variazione segnale a causa del calore ceduto al solvente. Il dn / dt termine rappresenta la variazione dipendente dalla temperatura nell'indice di rifrazione, ρ è la densità del solvente, C p è la capacità termica. Tutti i parametri sono noti per l'acqua distillata e possono essere determinati per una soluzione tampone confrontando un segnale PBD per il composto di riferimento in acqua distillata e in un tampone appropriato. Q è la quantità di calore returned al solvente. Il ρ (dn / d ρ) è un termine costante unità-less che è indipendente dalla temperatura nell'intervallo di temperatura da 10-40 ° C 10. Δn termine abs corrisponde alla variazione dell'indice di rifrazione per la presenza di specie assorbenti nella soluzione ed è trascurabile se la lunghezza d'onda del fascio sonda viene spostata rispetto agli spettri di assorbimento di qualsiasi specie nella soluzione. Il segnale derivante dal composto di riferimento (A r) è espressa dalla equazione 3 h ν dove E è l'energia del fotone alla lunghezza d'onda di eccitazione, E h ν = 80.5 kcal / mole per 355 nm di eccitazione.

  1. Prendere l'ampiezza del segnale di riferimento PBD come differenza tra il segnale e pretrigger PBD alberino grilletto come dimostrato nella Figura 3. In modo simile, determinare l'ampiezza del digiuno (A s veloce) e fase lenta (A s lento) Del segnale del campione PBD.
  2. Per eliminare il parametro di risposta dello strumento, K, scalare l'ampiezza del segnale campione PBD dall'ampiezza del segnale PBD per il riferimento. Il rapporto tra il segnale campione del segnale di riferimento dà Equazione 4 e può essere scritto come:
    Equazione 4
  3. Utilizzando questa equazione, determinare il calore ceduto alla soluzione (Q) e variazione di volume non termico (ΔV nonth) associato a una reazione di avviata dal coefficiente angolare e, rispettivamente, di un appezzamento di [(A s / A r) E h ν] termine in funzione della temperatura dipendente termine [(dn / dt) (1/ρCp)].
  4. Per determinare il volume di reazione e variazione di entalpia per la veloce e il processo lento, ridimensionare il volume osservato e variazione di entalpia per la resa quantica adatto secondo Equazioni 5-7.
    "Equazione
    Equazione 6

    Equazione 7

    Per un processo a più stadi con cinetica che si verificano sulla scala temporale tra 10 msec ~ 200 msec, il volume e variazioni di entalpia associati alle singole fasi della reazione può essere determinato. Le ampiezze e durate dei singoli passi vengono analizzati inserendo i dati alla funzione F (t) che descrive il profilo temporale del volume e variazioni di entalpia.
    Equazione 8
    dove α 0 corrisponde alla A s veloce e α i corrisponde ad A s lento per ogni singolo processo e τ i sono la durata delle singole fasi di reazione. Dalla dipendenza dalla temperatura della costante di velocità for singoli processi (k i = 1 / τ i) i parametri entalpia ed entropia di attivazione si può facilmente determinare utilizzando trame Eyring.

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Representative Results

Un esempio rappresentativo di PBD tracce di Ca 2 + photo-release di Ca 2 + DM-nitrophen è mostrata in figura 3. La fase veloce corrisponde alla foto-scissione di Ca 2 + DM-nitrophen e Ca 2 + liberazione, mentre la fase lenta riflette Ca 2 + legame alla gabbia nonphotolysed. La trama del PBD ampiezza campione per la fase veloce e lento scalato all'ampiezza del composto di riferimento in funzione del fattore dipendeva temperatura [C p ρ / (dn / dt)] fattore secondo l'Equazione 4 e scalare la quantità osservata di calore ceduto alla soluzione e variazione di volume non termico per la resa quantica per DM-nitrophen foto-dissociazione (Φ = 0,18) 11 secondo Equazioni 5-7 forniti i valori di entalpia di reazione e del volume della fase rapida (ΔV veloce = - 12 ± 5 ml / mol e AH veloce = -50 ± 20 kcal / mol) eper la fase lenta (ΔV lento = 9 ± 5 ml / mol e lento AH = -23 ± 12 kcal / mol). La traccia PBD per il Ca 2 + associazione al dominio C-terminale del calcio neuronale sensore Downstream Regulatory Element Antagonista Regolatore (sogno) (residui amminoacidici 161-256) sono mostrati in Figura 4. Al Ca 2 + foto-dissociazione, foto-pubblicato associa ligando al dominio C-terminale del sogno con la costante di tempo di 1,3 ± 0,3 msec a 20 ° C. Dalla dipendenza dalla temperatura del tasso osservato costante, la barriera di attivazione per Ca 2 + legame al dominio C-terminale di DREAM è stato determinato essere 9,2 ± 0,4 kcal / mol.

Figura 1
Figura 1. Schema di reazione per il Ca 2 + DM-nitRohen uncaging e Ca 2 + legandosi a un sensore di Ca 2 +. Rappresentazione schematica di una foto-apertura del Ca 2 + innescato transizione conformazionale in Ca 2 + trasduttori. Photo-scissione di Ca 2 + DM-nitrophen porta ad un aumento della libera Ca 2 + concentrazione (Protocollo 1), Ca 2 + associazione al Ca 2 + trasduttore e concomitante transizione strutturale (protocollo 2). clicca qui per ingrandire immagine .

Figura 2
Figura 2. Photothermal fascio deflessione set-up. Sperimentale set-up per la foto-termico fascio deflessione misurazioni nella configurazione collineare. M 1 e M 355 rappresentano un'alta energia Nd: YAG specchi, L 1 rappresenta una lente convessa posizionato di fronte a un rivelatore, P 1 e P 2 rappresenta fori per modellare la pompa e la sonda diametro del fascio, rispettivamente, e DM è uno specchio dicroico. F 1 rappresenta un filtro di passaggio lungo 500 nm. Inserto: Rinvio del raggio a causa dell'effetto fototermico. Il fascio sonda che viaggia attraverso un gradiente di indice di rifrazione creato a causa di un gradiente di temperatura in un supporto viene deviato da un angolo θ e l'angolo di deflessione è misurata con un rivelatore sensibile alla posizione. clicca qui per vedere l'immagine ingrandita .

Figura 3 Figura 3. Rappresentante PBD tracce di Ca 2 + DM-nitrophen uncaging. Traccia PBD per il + rilascio foto rilascio di Ca 2 da Ca 2 + DM-nitrophen (mostrato in rosso) e il composto di riferimento (in blu). Le condizioni: 1 mm DM-nitrophen in 20 tampone HEPES mM, 100 mM KCl pH 7,0 e 0,8 mM Ca 2 +. K 3 [Fe (CN) 6] è stato usato come composto di riferimento. L'assorbimento del campione a 355 nm corrispondeva a quella del composto di riferimento (A 355nm = 0,4). La densità ottica di 0,4 è selezionato poiché è nel range di linearità del segnale PBD in funzione del numero di Einstein assorbita . Le tracce PBD rappresentano una media di 20 tracce. Clicca qui per vedere l'immagine ingrandita .

Figura 4 content-width = "5in" fo: src = "/ files/ftp_upload/50969/50969fig4highres.jpg" src = "/ files/ftp_upload/50969/50969fig4.jpg" width = "600px" />
Figura 4. Rappresentativa PBD traccia per Ca 2 + DM-nitrophen uncaging in presenza del dominio C-terminale di DREAM. Traccia PBD per Ca 2 + foto release da Ca 2 + DM-nitrophen in presenza del dominio C-terminale della proteina SOGNO ( mostrati in rosso) e per il composto di riferimento (mostrato in nero). Inserto: trama Eyring utilizzando la cinetica recuperati da un decadimento esponenziale alla traccia PBD campione a temperature diverse. Condizioni 400 pM DM-nitrophen, 390 mM CaCl 2, 100 mM C-terminale DREAM in HEPES 20 mM pH 7,4, KCl 100 mM e 500 mM TCEP e traccia per il riferimento alle stesse condizioni. La traccia PBD per il riferimento rappresentano una media di 20 tracce e che per il campione è una media di tre tracce.hres.jpg "target =" _blank "> Clicca qui per vedere l'immagine ingrandita.

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Discussion

Il principio fisico dietro metodi fototermiche è che una molecola fotoeccitati dissipa l'energia in eccesso tramite vibrazionale rilassamento allo stato fondamentale, con conseguente riscaldamento termico del 1,12 solvente circostante. Per solventi come acqua, questo produce una rapida espansione del volume (ΔV th). Molecole Eccitato statali possono anche subire processi fotochimici che si traducono in variazioni di volume non termici (ΔV nonth) a causa di legame scissione / formazione e / o cambiamenti nella struttura molecolare che possono alterare le dimensioni molecolari della molecola (s) (ossia variazioni di van der Volume Waals), nonché alterare la distribuzione di carica della molecola (s) conseguente elettrostrizione effetti. Ciò si traduce in una rapida espansione del volume illuminato che genera cambiamento dell'indice di rifrazione che è possibile rilevare da una varietà di metodi ottici. PBD sfrutta il fatto che un gradiente di indice di rifrazione stabilito nel campione due per l'impulso laser a forma gaussiana, provoca deflessione di un fascio sonda propagata attraverso il campione come mostrato nella Figura 2.

La tecnica fascio deflessione foto-termica permette la determinazione del volume-tempo risolto e variazioni di entalpia per una vasta gamma di processi foto-iniziata compreso il meccanismo di reazione di foto-scissione di complessi ligando-eme 13 e rilascio di una molecola bioattiva dalla gabbia complesso composto di 14 nonché sondare la durata dello stato fluoroforo terzina. Questo approccio offre diversi vantaggi rispetto alle tecniche tradizionali comunemente utilizzati per monitorare i cambiamenti strutturali biomacromolecole, come la spettroscopia di assorbimento transiente e fluorescenza. N intrinseca cromoforo / fluoroforo o etichettatura ulteriori proteine ​​sono richiesti da transizioni strutturali vengono sondati per monitorare le variazioni di volume e / o di entalpia, sebbene la presenza di un cromoforo nel campione cosìluzione è necessario per generare il segnale PBD. Inoltre, i parametri cinetici (costanti di velocità, entalpia ed entropia di attivazione) per i processi che si verificano sui tempi submicrosecond, che non si risolvono in esperimenti di stop-flow, sono facilmente accessibili nelle misure PBD. Recentemente, altri sistemi di rilevamento liberi etichette che sonda una variazione dell'indice di rifrazione o uno spostamento della lunghezza d'onda come risonanza plasmonica di superficie e biolayer interferometria, rispettivamente, sono stati sviluppati e applicati a studiare ligando / proteina e interazioni proteina / proteina. Tuttavia, a differenza PBD, questi approcci comportano immobilizzazione di molecole target biologico sulla superficie e quindi necessarie ulteriori modifiche bio-macromolecola di che possono interferire con il processo osservato.

Abbiamo adottato diverse modifiche la nostra strumentazione set-up che hanno comportato una migliore riproducibilità dei dati e gli errori più piccoli nei parametri termodinamici recuperati. In particolare, l'applicazione di unquadruple fotodiodo come rivelatore PBD permesso un preciso allineamento del fascio sonda sul rivelatore di posizione e quindi una migliore riproducibilità segnale che un isolamento supplementare vibrazionale sia del fascio sonda e rivelatore PBD utilizzando perni di montaggio smorzati diminuito il rumore del segnale PBD e ampliato le scale temporali accessibili nelle misure PBD. Vorremmo sottolineare che la sensibilità dell'esperimento dipende dalla scala temporale dell'evento (s) e il monitoraggio dei processi più lenti (τ> 10 msec) è molto sensibile al setup strumentazione e condizioni sperimentali. Inoltre, posizionando uno specchio dicroico davanti alla cella campione semplifica un allineamento collineari del fascio sonda e pompa, aumentare il rapporto S / N del segnale PBD.

Le fasi critiche del protocollo comprendono la verifica periodica della linearità del segnale PBD come una funzione di i) fattore dipendente dalla temperatura, [(dn / dt) / C p ρ], ii) po laserwer, e iii) l'assorbanza campione / riferimento alla lunghezza d'onda di eccitazione. Inoltre, un controllo preciso della temperatura e condizioni sperimentali identiche per campione e di riferimento misurazioni è cruciale per robusti misurazioni PBD e acquisizione dati successo.

Il limite principale della tecnica PBD ricorda l'esigenza di un bio-macromolecola studiato trasporta una foto di gruppo-label. Questo inconveniente può essere superato applicando vari composti gabbia. Infatti, di recente sviluppo di nuove strategie di ingabbiamento tra cui peptidi in gabbia, proteine ​​e DNA gabbia in gabbia consente un'ampia applicazione del PBD per monitorare i sistemi biologici complessi e processi tra cui proteine ​​- peptidi e proteine ​​- le interazioni proteina così come cinetiche veloci associate al DNA pieghevoli su fisiologicamente rilevanti scale temporali. La strategia qui presentata dimostra chiaramente che in combinazione con un appropriato sistema composto gabbia, le tecniche PBD possono essere facilmente impiegati percaratterizzare microsecondo al millisecondo transizioni strutturali connessi con il Ca 2 + vincolante ai sensori di calcio, nonché per monitorare ligandi piccoli interazioni con trasduttori proteina o legame di molecole di substrato per enzimi ecc

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Disclosures

Gli autori non hanno nulla da rivelare.

Acknowledgments

Questo lavoro è stato sostenuto dal National Science Foundation (MCB 1.021.831, JM) e J. & E. Biomedical Research Program (Florida Department of Health, JM).

Materials

Name Company Catalog Number Comments
1-(4,5-Dimethoxy-2-Nitrophenyl)-1,2-Diaminoethane-N,N,N',N'-Tetraacetic Acid Life Technologies D-6814 DM-nitrophen, cage calcium compound, keep stock solutions in dark to prevent photodissociation
4-(2-Hydroxyethyl)piperazine-1-ethanesulfonic acid, N-(2-Hydroxyethyl)piperazine-N′-(2-ethanesulfonic acid) Sigma Adrich 0909C HEPES buffer
Potassium ferricyanide (III) Sigma Aldrich 702587 reference compound for PBD measurements
Sodium chromate Sigma Aldrich 307831 reference compound for PBD measurements
He-Ne Laser Diode 5 mW 635 nm Edmund Optics 54-179 use as a probe beam for PBD measurements
Oscilloscope,  LeCroy Wave Surfer 42Xs 400 MHz bandwith
Nd:YAG laser Continuum ML II pump beam for PBD measurements
M355; Nd:YAG laser mirror Edmund Optics 47-324 laser mirror for 355 nm laser line
M1 and M2; Laser diode mirror Edmund Optics 43-532 visilbe laser flat mirror, wavelength range 300-700 nm
P1 and P2; Iris Diaphragm Edmund Optics 62-649 pin hole to shape the probe and pum beams
L1; bi-convex lens Thorlabs LB1844 a lens to focus the probe beam at the detector, EFL 50 mm, wavelength range 350-2,000 nm
DM, dichroic mirror Thorlabs DMLP505 a longpass dichroic mirror with a cutoff wavelength of 505 nm
F1; Edge filter Andower 500FH90-25 a long pass filter with a cutoff wavelength of 500 nm
Temperature-controlled cuvette holder Quantum Northwest FLASH 300  

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References

  1. Gensch, T., Viappiani, C. Time-resolved photothermal methods: accessing time-resolved thermodynamics of photoinduced processes in chemistry and biology. Photochem. Photobiol. Sci. 2, 699-721 (2003).
  2. Larsen, R. W., Mikšovská, J. Time resolved thermodynamics of ligand binding to heme proteins. Coord. Chem. Rev. 251 (9-10), 1101-1127 (2007).
  3. Westrick, J. A., Peters, K. S. A photoacoustic calorimetric study of horse myoglobin. Bioph. Chem. 37 (1-3), 73-79 (1990).
  4. Belogortseva, N., Rubio, M., Terrell, W., Miksovska, J. The contribution of heme propionate groups to the conformational dynamics associated with CO photodissociation from horse heart myoglobin. J. Inorg. Biochem. 101 (7), 977-986 (2007).
  5. Mikšovská, J., Suquet, C., Satterlee, J. D., Larsen, R. W. Characterization of Conformational Changes Coupled to Ligand Photodissociation from the Heme Binding Domain of FixL. Biochemistry. 44 (30), 10028-10036 (2005).
  6. Miksovska, J., Gennis, R. B., Larsen, R. W. Photothermal studies of CO photodissociation from mixed valence Escherichia coli cytochrome bo3. FEBS Lett. 579 (14), 3014-3018 (2005).
  7. Losi, A., Michler, I., Gärtner, W., Braslavsky, S. E. Time-resolved Thermodynamic Changes Photoinduced in 5,12-trans-locked Bacteriorhodopsin. Evidence that Retinal Isomerization is Required for Protein Activation. Photochem. Photobiol. 72, 590-597 (2000).
  8. Kondoh, M., et al. Light-Induced Conformational Changes in Full-Length Arabidopsis thaliana Cryptochrome. J. Mol. Biol. 413 (1), 128-137 (2011).
  9. Kaplan, J. H., Ellis-Davies, G. C. Photolabile chelators for the rapid photorelease of divalent cations. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 85 (17), 6571-6575 (1988).
  10. Eisenberg, H. Equation for the Refractive Index of Water. J. Chem. Phys. 43 (11), 3887-3892 (1965).
  11. Ellis-Davies, G. C., Kaplan, J. H., Barsotti, R. J. Laser photolysis of caged calcium: rates of calcium release by nitrophenyl-EGTA and DM-nitrophen. Biophys. J. 70, 1006-1016 (1996).
  12. Miksovska, J., Larsen, R. W. Structure-function relationships in metalloproteins. Methods Enzymol. 360, 302-329 (2003).
  13. Miksovska, J., Norstrom, J., Larsen, R. W. Thermodynamic profiles for CO photodissociation from heme model compounds: effect of proximal ligands. Inorg. Chem. 44 (4), 1006-1014 (2005).
  14. Dhulipala, G., Rubio, M., Michael, K., Miksovska, J. Thermodynamic profile for urea photo-release from a N-(2-nitrobenzyl) caged urea compound. Photochem. Photobiol. Sci. 8, 1157-1163 (2009).

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Chimica le tecniche fototermiche trave fototermica deformazione variazione di volume variazione di entalpia sensori di calcio proteine ​​di interazione canale del potassio DM-nitrophen
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Gonzalez, W. G., Miksovska, J.More

Gonzalez, W. G., Miksovska, J. Submillisecond Conformational Changes in Proteins Resolved by Photothermal Beam Deflection. J. Vis. Exp. (84), e50969, doi:10.3791/50969 (2014).

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