The role of molecular crowding in long-range metalloprotein electron transfer: Dissection into site- and scaffold-specific contributions

Autores
Zitare, Ulises Alejandro; Szuster, Jonathan; Scocozza, Magali Franca; Espinoza Cara, Andrés Matías; Leguto, Alcides José; Morgada, Marcos Nicolás; Vila, Alejandro Jose; Murgida, Daniel Horacio
Año de publicación
2019
Idioma
inglés
Tipo de recurso
artículo
Estado
versión publicada
Descripción
Here we report the effect of molecular crowding on long-range protein electron transfer (ET) and disentangle the specific responses of the redox site and the protein milieu. To this end, we studied two different one-electron redox proteins that share the cupredoxin fold but differ in the metal center, T1 mononuclear blue copper and binuclear CuA, and generated chimeras with hybrid properties by incorporating different T1 centers within the CuA scaffold or by swapping loops between orthologous proteins from different organisms to perturb the CuA site. The heterogeneous ET kinetics of the different proteins was studied by protein film electrochemistry at variable electronic couplings and in the presence of two different crowding agents. The results reveal a strong frictional control of the ET reactions, which for 10 Å tunnelling distances results in a 90% drop of the ET rate when viscosity is matched to that of the mitochondrial interior (ca. 55 cP) by addition of either crowding agent. The effect is ascribed to the dynamical coupling of the metal site and the milieu, which for T1 is found to be twice stronger than for CuA, and the activation energy of protein-solvent motion that is dictated by the overall scaffold. This work highlights the need of explicitly considering molecular crowding effects in protein ET.
Fil: Zitare, Ulises Alejandro. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía; Argentina
Fil: Szuster, Jonathan. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía; Argentina
Fil: Scocozza, Magali Franca. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía; Argentina
Fil: Espinoza Cara, Andrés Matías. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Rosario. Instituto de Biología Molecular y Celular de Rosario. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas. Instituto de Biología Molecular y Celular de Rosario; Argentina
Fil: Leguto, Alcides José. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Rosario. Instituto de Biología Molecular y Celular de Rosario. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas. Instituto de Biología Molecular y Celular de Rosario; Argentina
Fil: Morgada, Marcos Nicolás. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Rosario. Instituto de Biología Molecular y Celular de Rosario. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas. Instituto de Biología Molecular y Celular de Rosario; Argentina
Fil: Vila, Alejandro Jose. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Rosario. Instituto de Biología Molecular y Celular de Rosario. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas. Instituto de Biología Molecular y Celular de Rosario; Argentina
Fil: Murgida, Daniel Horacio. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía; Argentina
Materia
ELECTRON TRANSFER
FRICTIONAL CONTROL
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METALLOPROTEINS
MOLECULAR CROWDING
Nivel de accesibilidad
acceso abierto
Condiciones de uso
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Repositorio
CONICET Digital (CONICET)
Institución
Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas
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The effect is ascribed to the dynamical coupling of the metal site and the milieu, which for T1 is found to be twice stronger than for CuA, and the activation energy of protein-solvent motion that is dictated by the overall scaffold. This work highlights the need of explicitly considering molecular crowding effects in protein ET.Fil: Zitare, Ulises Alejandro. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía; ArgentinaFil: Szuster, Jonathan. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. 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Zitare, Ulises Alejandro; Szuster, Jonathan; Scocozza, Magali Franca; Espinoza Cara, Andrés Matías; Leguto, Alcides José; et al.; The role of molecular crowding in long-range metalloprotein electron transfer: Dissection into site- and scaffold-specific contributions; Pergamon-Elsevier Science Ltd; Electrochimica Acta; 294; 1-2019; 117-125
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