БИОХИМИЯ, 2010, том 75, вып. 10, с. 1348–1366
УДК 573.5; 577.164; 577.344
Фотовозбужденные молекулы флавиновых и птериновых коферментов в эволюции
Обзор
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: эволюция, фоторецепторы, фотокатализ, возбужденные состояния, отбор хромотофоров, коферменты, флавины, птерины, фолаты, ДНК-фотолиазы, криптохромы, фототропины, LOV-домен, BLUF-домен, моделирование предбиологических процессов, фотофосфорилирование.
Аннотация
Возбужденные состояния флавинов и птеринов активны в качестве участников межмолекулярного переноса энергии, а также в фотокатализе редокс реакций, приводящих к запасанию свободной энергии. Флавинсодержащие пигменты, образующиеся в моделях добиологической среды, обеспечивают преобразование энергии фотона в энергию фосфоангидридных связей ATP. В ходе эволюции фотохимические реакции с участием возбужденных молекул FMN и FAD не стали, однако, участниками биоэнергетических систем, а реализуются в ферментах, репарирующих поврежденную ультрафиолетом ДНК (ДНК-фотолиазах), а также в рецепторах синего и UV-A света, регулирующих жизненные функции организмов. Семейства этих фотобелков (ДНК-фотолиазы и криптохромы, LOV-домен-содержащие белки, BLUF-домен-содержащие белки) различаются структурой и механизмом фотопроцессов. В этих белках возбужденные молекулы флавинов являются участниками фотохимических процессов в реакционных центрах. В ДНК-фотолиазах и криптохромах энергию возбуждения на флавин реакционного центра поставляет связанная с тем же полипептидом антенная молекула, в роли которой выступает MTHF, либо (в ДНК-фотолиазах некоторых микроорганизмов) – 8-HDF, т.е. также соединения, известные коферментными функциями в биокатализе. Несходство структуры, в том числе хромофор-связывающих доменов, указывает на независимое возникновение семейств фотобелков. Анализ структуры и свойств коферментов позволяет выявить особенности, сыгравшие роль селективных признаков в эволюционном отборе молекул на роль хромофоров в этих белках.