वैकल्पिक क्विनोन के साथ फ़ोटोसिस्टम I की क्रायो-ईएम संरचनाएँ सहसंरक्षक चयनात्मकता पर नई अंतर्दृष्टि प्रकट करती हैं

संक्षेप: क्विनोन प्रकाश संश्लेषण और माइटोकॉन्ड्रियल श्वसन प्रोटीन में इलेक्ट्रॉन स्थानांतरण प्रक्रियाओं का एक अभिन्न घटक है। इस प्रकार का एक प्रकाश संश्लेषण प्रोटीन, फ़ोटोसिस्टम I, सभी ऑक्सीजन युक्त फोटोट्रॉफ में पाया जाने वाला एक आवश्यक फोटोऑक्सीडोरेडेक्टेज है। क्विनोन रसायन विज्ञान को बेहतर ढंग से समझने और प्रोटीन इंजीनियरिंग के लिए एक आधार बनाने के लिए, मॉडल साइनोबैक्टीरियम Synechocystis sp. PCC 6803 में menB जीन को रोक दिया गया, जिससे फ़िलोक्विनोन के जैव संश्लेषण में बाधा आई और इसे फ़ोटोसिस्टम I के A 1A और A 1B क्विनोन-बाइंडिंग साइट्स में विनिमेय प्लास्टोक़्विनोन-9 द्वारा प्रतिस्थापित किया गया। यह आनुवंशिक भिन्नता बायोएनर्जी अनुसंधान में महत्वपूर्ण रही है, जिससे विभिन्न प्रतिस्थापित और समस्थानिक रूप से लेबल किए गए क्विनोन को शामिल किया जा सका। अनेक मूल्यवान अध्ययनों के बावजूद, बायोफिजिकल डेटा की व्याख्या संरचनात्मक डेटा की कमी से सीमित रही है। इस मुद्दे को संबोधित करते हुए, हम Δ menB भिन्नता से फ़ोटोसिस्टम I की उच्च-रिज़ॉल्यूशन क्रायो-ईएम संरचनाएँ प्रस्तुत करते हैं, जिनमें (a) विनिमेय प्लास्टोक़्विनोन-9 और (b) बाहरी रूप से जोड़ा गया 2-इथाइल-1,4-नैप्थोक्विनोन क्रमशः 1.90 और 2.05-Å रिज़ॉल्यूशन पर शामिल हैं। अप्रत्याशित रूप से, फ़ोटोसिस्टम I की A 1A और A 1B साइट्स में क्विनोन, जिन्हें पहले समान बाइंडिंग आत्मीयताओं वाला माना जाता था, प्लास्टोक़्विनोन-9 को बांधने और विनियमित करने की क्षमता में विषम पाया गया। यह कार्य Δ menB भिन्नता में फ़ोटोसिस्टम I क्रियाकलाप के आणविक आधार, प्रोटीन स्थिरता को बनाए रखने के लिए चयापचय लचीलापन की शक्ति, और लिगांड विनिमय को सुविधाजनक बनाने के लिए प्रोटीन अस्थिरता की आवश्यकता पर नई और महत्वपूर्ण अंतर्दृष्टि प्रकट करता है।