フィコエリトリン

フィコエリトリン （ PE ）は、光合成に関与する主要なクロロフィル色素に付属する、紅藻類およびクリプトファイトに存在する集光性フィコビリタンパク質ファミリーの赤色タンパク質色素複合体です。

すべてのフィコビリタンパク質と同様に、フィコビリンと呼ばれる発色団を共有結合するタンパク質部分で構成されています。フィコエリトリンファミリーで最もよく知られているフィコビリンは、フィコエリスロビリン、典型的なフィコエリトリン受容体発色団、そして時にはフィコウロビリンです。フィコエリスリンは（αβ）モノマーで構成され、通常は円盤状の三量体（αβ）3または六量体（αβ）6に編成されます（2つ目はアンテナ棒の機能単位です）。これらの典型的な複合体には、3番目のタイプのサブユニット、γ鎖も含まれています。

フィコビリソーム

フィコビリプロテインは、フィコビリソームと呼ばれる巨大な集光性アンテナタンパク質複合体の一部です。紅藻では、それらは葉緑体のチラコイド膜の間質側に固定されていますが、クリプトファイトではフィコビリソームが減少し、フィコビリプロテイン545 PE545分子がチラコイドの内腔内に密に詰まっています。

フィコエリトリンは、光合成に関与する主要なクロロフィル色素の補助色素です。光エネルギーはフィコエリトリンによって捕捉され、ほとんどの場合フィコビリプロテインであるフィコシアニンとアロフィコシアニンを介して反応中心のクロロフィルペアに渡されます。

構造的特徴

フィコエリトリン545（PE545）を除くフィコエリトリンは、（αβ）モノマーで構成され、32または3対称の円盤型（αβ）6ヘキサマーまたは（αβ）3トリマーに組み立てられ、中央チャネルを囲みます。フィコビリソーム（PBS）では、各三量体または六量体は、中央チャネルに位置する少なくとも1つのリンカータンパク質を含みます。 αおよびβ鎖に加えて紅藻からのB-フィコエリトリン（B-PE）およびR-フィコエリトリン（R-PE）は、発色団を持つため、リンカーと集光機能の両方に寄与する3番目のγサブユニットを持っています。

R-フィコエリトリンは主に紅藻によって生産されます。タンパク質は、少なくとも3つの異なるサブユニットで構成されており、それを生産する藻の種類によって異なります。最も一般的なR-PEのサブユニット構造は（αβ）6γです。 αサブユニットには2つのフィコエリスロビリン（PEB）、βサブユニットには2または3つのPEB、1つのフィコウロビリン（PUB）がありますが、異なるガンマサブユニットには3 PEBおよび2 PUB（γ1）または1または2 PEBおよび1 PUBがあると報告されています（γ2）。 R-PEの分子量は250,000ダルトンです。

Protein Data Bankで利用可能な結晶構造には、異なるフィコエリスリンの1つの（αβ）2または（αβγ）2非対称単位が含まれています。

フィコエリトリン545（PE545）の想定生体分子は、（αβ）2または（α3β）（α2β）です。 2番目の式のα文字の後の数字2と3は、ここではチェーン名の一部であり、カウントではありません。 α3鎖の同義語クリプトフィタン名はα1鎖です。

B-フィコエリトリン（B-PE）の最大の集合体は（αβ）3三量体です。しかし、紅藻からの調製物は（αβ）6ヘキサマーも産出します。 R-フィコエリトリン（R-PE）の場合、ここで想定される最大の生体分子は、他のフィコエリトリンタイプ（αβ）6の場合、出版物に応じて（αβγ）6、（αβγ）3（αβ）3または（αβ）6です。 Protein Data Bankのこれらのγ鎖は非常に小さく、3または6個の認識可能なアミノ酸のみで構成されていますが、このセクションの冒頭で説明したリンカーγ鎖は大きいです（たとえば、赤からのγ33の場合、33 kDaの277アミノ酸長藻類Aglaothamnion neglectum ）。これは、ガンマポリペプチドの電子密度は、その3回の結晶学的対称性によってほとんど平均化され、わずかなアミノ酸しかモデル化できないためです。

（αβγ）6、（αβ）6、または（αβγ）3（αβ）3の場合、テーブルの値に単純に3を掛ける必要があります。（αβ）3には、中間数の非タンパク質分子が含まれます。 （この非sequiturは修正する必要があります）

上記のフィコエリトリンPE545では、1つのα鎖（-2または-3）がビリンの1つの分子に結合し、他の例では2つの分子に結合します。 β鎖は常に3つの分子に結合します。小さなγ鎖はどれにも結合しません。

2分子のN-メチルアスパラギンがβ鎖に結合し、1つはαに5-ヒドロキシリジン（-3または-2）、1つはMg2 +からα-3およびβ、1つはCl-からβ、1-2分子のSO42- αまたはβへ。

以下は、Protein Data BankのR-フィコエリトリンの結晶構造のサンプルです。

スペクトル特性

可視光スペクトルの吸収ピークは、結合している発色団と対象となる生物に応じて、495および545/566 nmで測定されます。 575±10 nmに強い発光ピークがあります。 （ つまり、フィコエリトリンはわずかに青緑色/黄色がかった光を吸収し、わずかにオレンジ黄色の光を発します。）

PE545のPEBおよびDBVビリンは、それぞれ545および569 nmで最大となる緑のスペクトル領域でも吸収します。蛍光発光の最大値は580 nmです。

R-フィコエリトリンのバリエーション

上記のように、フィコエリトリンはさまざまな藻類に見られます。そのため、光合成の促進に必要な吸光度と光の放出の効率にはばらつきがあります。これは、特定の藻が典型的に存在する水柱の深さと、結果としてアクセサリー顔料の効率の向上または低下の結果である可能性があります。

急速な光退色を避けることができるイメージングおよび検出技術の進歩により、タンパク質フルオロフォアは、顕微鏡、マイクロアレイ分析、ウエスタンブロッティングなどの分野の研究者にとって実行可能で強力なツールになりました。これに照らして、研究者がこれらの可変R-フィコエリスリンをスクリーニングして、特定の用途に最も適切なR-フィコエリスリンを決定することは有益かもしれません。蛍光効率のわずかな増加でさえ、バックグラウンドノイズを減らし、偽陰性の結果の割合を下げる可能性があります。

実用的なアプリケーション

R-フィコエリトリン（PEまたはR-PEとしても知られています）は、シアノバクテリアの存在および抗体の標識、ほとんどの場合フローサイトメトリー用の蛍光ベースのインジケーターとして実験室で有用です。急速な光退色特性のため、免疫蛍光顕微鏡法での使用は制限されています。 B-フィコエリトリンなど、わずかに異なるスペクトル特性を持つ他のタイプのフィコエリトリンもあります。 B-フィコエリトリンは、約545 nm（わずかに黄緑色）で強く吸収し、代わりに572 nm（黄色）で強く発光し、一部の機器により適しています。 B-フィコエリトリンは、R-フィコエリトリンよりも「粘着性」が低く、特定の用途における非特異的結合によりバックグラウンド信号への寄与が少ないこともあります。ただし、R-PEは抗体コンジュゲートとしてより一般的に入手可能です。

R-フィコエリトリンとB-フィコエリトリンは、これまでに同定された最も明るい蛍光色素です。