Fotoisomerización dual en distintas superficies de energía potencial en una rodopsina que absorbe los rayos UV

Área de la Ciencia:

• La fotoquímica
• La biofísica
• Espectroscopia molecular

Sus antecedentes:

• Las rodopsinas que absorben los rayos UV son cruciales para la visión UV y la detección a través de la vida.
• Se diferencian de las rodopsinas absorbentes visibles al unirse a una base de Schiff de retina sin protonar.
• La dinámica de la fotorreacción de las rodopsinas que absorben los rayos UV sigue siendo en gran medida inexplorada.

Objetivo del estudio:

• Elucidar la dinámica completa del estado excitado y del estado fundamental de la forma UV de la histidina quinasa rodopsina 1 (HKR1).
• Para comprender los mecanismos fotoquímicos únicos de las reacciones inducidas por los rayos UV en las rodopsinas.

Principales métodos:

• Espectroscopia de Raman estimulada por femtosegundos (FSRS).
• Espectroscopia de absorción transitoria.
• Investigación a través de escalas de tiempo de femtosegundos a milisegundos.

Principales resultados:

• Se identificó un orden de nivel de energía invertido en comparación con las rodopsinas que absorben visiblemente (el estado S2 es absorbente de rayos UV, el estado S1 es inferior y ópticamente prohibido).
• Se observó una nueva reacción de doble isomerización iniciada por la fotoexcitación UV: isomerización cis-trans C13C14 (<100 fs) en el estado excitado, seguida de isomerización anti-syn C15N16 (4,8 ps) durante la relajación al estado fundamental.
• Se detectaron dos fotoproductos en estado fundamental (todo trans y 13-cis/15-syn) que se protonan para formar un HKR1 de absorción azul.

Conclusiones:

• El estudio proporciona una comprensión completa de la fotoquímica inducida por los rayos UV en HKR1.
• Los resultados establecen un punto de referencia para la fotoquímica inducida por los rayos UV tanto en las rodopsinas animales como en las microbianas.
• Este trabajo arroja luz sobre los mecanismos fundamentales que rigen la detección y señalización de la luz UV.