É necessária uma assinatura da JoVE para visualizar este conteúdo. Faça login ou comece sua avaliação gratuita.
O protocolo atual detalha o isolamento de ficobilísomees de cianobactérias por centrifugação através de um gradiente de densidade de sacarose descontínua. As frações de ficobilismos intactos são confirmadas pelo espectro de emissão fluorescente de 77K e pela análise de SDS-PAGE. As frações ficobilínicas resultantes são adequadas para coloração negativa da TEM e análise de espectrometria de massa.
Em cianobactérias, o ficobiliso é um complexo proteico de antena vital que colhe luz e transfere energia para fotossistema I e II para fotoquímica. Estudar a estrutura e a composição do ficobilisome é de grande interesse para os cientistas porque revela a evolução e divergência da fotossíntese nas cianobactérias. Este protocolo fornece um método detalhado e otimizado para quebrar células cianobacterianas a baixo custo por um batedor de contas de forma eficiente. O ficobiliso intacto pode então ser isolado do extrato celular por ultracentrifugação gradiente de sacarose. Este método demonstrou ser adequado tanto para cianobactérias modelo quanto não modelo com diferentes tipos de células. Um procedimento passo a passo também é fornecido para confirmar a integridade e propriedade de ficobiliproteínas por espectroscopia de fluorescência de 77K e SDS-PAGE manchada por sulfato de zinco e Coomassie Blue. O ficobiliso isolado também pode ser submetido a novas análises estruturais e composicionais. No geral, este protocolo fornece um guia de partida útil que permite aos pesquisadores não familiarizados com cianobactérias isolar e caracterizar ficobilisma intacta.
Ficobilisome (PBS) é um enorme complexo de proteína pigmento solúvel em água que se liga ao lado citoplasmático dos fotossistemas nas membranas thylakoidas de cianobactérias1. A PBS é composta principalmente de ficobiliproteínas coloridas e proteínas de linker incolor1,2. As ficobiliproteínas podem ser divididas em quatro grandes grupos: ficoerthrina, ficoerytrocyanina, ficocitanina e alofilianina3. Os quatro principais grupos absorvem diferentes comprimentos de onda de energia leve na faixa de 490-650 nm, que clorofilas absorviam ineficientemente3. O PBS pode servir como uma antena de captação de luz para coletar energia leve e entregá-la ao Photosystem II e I4.
A estrutura e a composição da PBS variam de espécie para espécie. Coletivamente, três formas de ficobiliso (hemidiscodial, em forma de feixe e em forma de vara) foram identificadas em diferentes espécies cianobacterianas5. Mesmo na mesma espécie, a composição da PBS muda em resposta ao meio ambiente, como qualidade da luz e esgotamento de nutrientes6,7,8,9,10,11. Portanto, o procedimento experimental para isolar a PBS das cianobactérias tem sido fundamental no estudo do PBS12. Ao longo de várias décadas, diversos protocolos isolaram a PBS e analisaram sua estrutura, composição e função6,7,8,12,13,14,15,16,17. A grande variedade de métodos para o isolamento da PBS de fato proporciona flexibilidade na isolação do complexo em diferentes espécies com diferentes reagentes e instrumentos. No entanto, também torna a escolha de um protocolo adequado mais difícil para cientistas que não estão familiarizados com cianobactérias e PBS. Portanto, um protocolo generalizado e direto é desenvolvido neste trabalho para os interessados em iniciar o isolamento da PBS a partir de cianobactérias.
Os métodos para isolar a PBS de publicações anteriores são resumidos aqui. Uma vez que o PBS é um complexo proteico solúvel em água e é prontamente dissociado, um tampão de fosfato de alta resistência iônica é necessário para estabilizar a PBS durante a extração18. Vários artigos de pesquisa que descrevem métodos para o isolamento da PBS de cianobacterium foram publicados no passado. A maioria dos métodos requer uma alta concentração de tampão fosfato8,14,15,18,19. No entanto, os procedimentos para interrupção mecânica das células variam, como extração assistida por contas de vidro, sonicação20 e prensa francesa6,8,14. Diferentes ficobiliproteínas podem ser obtidas por precipitação com sulfato de amônio20 e purificadas por HPLC21 ou uma coluna cromatográfica22. Por outro lado, a PBS intacta pode ser facilmente isolada por ultracentrifugação gradiente de densidade de sacarose6,8,15.
Neste protocolo, um modelo de cianobacterium e um cianobacterium não modelo foram utilizados como materiais para o isolamento da PBS. São eles modelo unicelular tolerante à glicose Synechocystis sp. PCC 6803 (doravante Syn6803) e não-modelo filamentous Leptolyngbya sp. JSC-1 (doravante JSC-1), respectivamente7,23,24. O protocolo começa pela interrupção das cianobactérias unicelulares e filamentosas em um tampão fosfato de alta resistência iônica. Após a lise, os supernacantes são coletados por centrifugação e, em seguida, tratados com um detergente noniônico (Triton X-100) para solubilizar as proteínas solúveis em água das membranas thylakoid. As proteínas solúveis em água totais são aplicadas a um gradiente de densidade de sacarose descontínua para fracionar o PBS. O gradiente de sacarose descontínuo neste protocolo consiste em quatro soluções de sacarose e partições o PBS intacto nas frações mais baixas da camada de sacarose25. A integridade do PBS pode ser analisada por SDS-PAGE, manchas de zinco e espectroscopia de fluorescência de 77K6,7,8,26. Este método é adequado para cientistas que visam isolar o PBS intacto das cianobactérias e estudar suas propriedades espectrais, estruturais e composicionais.
Há várias vantagens deste protocolo. (1) Este método é padronizado e pode ser usado para isolar PBS intacto tanto de cianobactérias unicelulares quanto filamentosas. A maioria dos artigos descreve o método aplicado em qualquer um tipo de cianobactéria4,7,8,12,13,14,16,18. (2) Este método é realizado à temperatura ambiente, uma vez que o PBS se dissocia a baixa temperatura19,27. (3) Este método descreve o uso de um batedor de contas para interromper as células; portanto, é mais barato e mais seguro do que a imprensa francesa de alta pressão e possíveis danos auditivos do sonicator em outros métodos8,13,14,20. (4) Este método isola a PBS intacta por ultra centrifugação gradiente de sacarose. Desta forma, pbs intacto com diferentes tamanhos e PBS parcialmente dissociado pode ser separado com base na concentração de sacarose.
O Synechocystis sp. PCC 6803, o modelo de cepa tolerante à glicose, foi obtido do Dr. Chu, Hsiu-An na Academia Sinica, Taiwan. Leptolyngbya sp. JSC-1, o não-modelo filamentous, foi obtido do Dr. Donald A. Bryant na Universidade Estadual da Pensilvânia, EUA.
1. Cultura celular e colheita
2. Lise celular
3. Preparação dos tampões de gradiente de sacarose e isolamento da PBS
4. Medição da fluorescência pbs em 77K
NOTA: Um fluorímetro equipado com um recipiente de nitrogênio líquido (ver Tabela de Materiais) é usado para medir espectros de fluorescência a 77K.
5. Análise SDS-PAGE do PBS
As células Syn6803 e JSC-1 foram cultivadas em frascos cônicos com agitação constante em meio B-HEPES a 30 °C, sob uma luz branca led (50 fótons de μmol m-2s-1) em uma câmara de crescimento preenchida com 1% (v/v) CO2. Na fase de crescimento exponencial (OD750 = ~0,5), as células foram subculturadas em meio fresco com densidade óptica final OD750 = ~0,2. Após atingir a fase de crescimento exponencial tardio (OD750 = 0,6-0,8), as culturas foram c...
Este protocolo descreve um método simples e padrão para isolar PBS intacto em dois tipos de cianobactérias, modelo unicelular Syn6803 e não-modelo filamentous JSC-1. As etapas críticas do protocolo são a homogeneização celular e a ultracentrifugação em um gradiente de densidade descontínua de sacarose. Geralmente, a interrupção das células filamentosas é mais complicada do que as unicelulares. O aumento da quantidade do material inicial (o peso úmido da pelota celular) e a repetição da batida de contas ...
Os autores declaram não haver interesse concorrente.
Os autores agradecem à Technology Commons, College of Life Science, National Taiwan University pelo uso conveniente da ultracentrifuge. As cepas cianobacterianas Synechocystis sp. PCC 6803 e Leptolyngbya sp. JSC-1 foram doadas pelo Dr. Chu, Hsiu-An na Academia Sinica, Taiwan, e pelo Dr. Donald A. Bryant da Universidade Estadual da Pensilvânia, EUA, respectivamente. Este trabalho foi financiado pelo Ministério da Ciência e Tecnologia (Taiwan) (109-2636-B-002-013- e 110-2628-B-002-065-) e pelo Programa Acadêmico Jovem do Ministério da Educação (Taiwan) Yushan Young Scholar (109V1102 e 110V1102).
Name | Company | Catalog Number | Comments |
0.1 mm glass beads | BioSpec | 11079101 | for PBS extraction |
13 mL centrifugation tube | Hitachi | 13PA | ultracentrifugation |
40 mL centrifugation tube | Hitachi | 40PA | ultracentrifugation |
Acetic acid | Merck | 8.1875.2500 | for Coomassie Blue staining |
B-HEPES medium | A modified cyanobacterial medium from BG-11 medium | ||
Brilliant Blue R-250 | Sigma | B-0149 | for Coomassie Blue staining |
Bromophenol blue | Wako pure chemical industries | 2-291 | protein loading buffer |
Electronic balance | Radwag | WLC 2/A2/C/2 | for the wet weight measurement of cell pellets |
Fluorescence spectrophotometer | Hitachi | F-7000 | Spectrophotometer |
Glycerol | BioShop | Gly001.500 | protein loading buffer |
High-Speed refrigerated centrifuge | Hitachi | CR22N | for buffer exchange |
Leptolyngbya sp. JSC-1 | from Dr. Donald A. Bryant at Pennsylvania State University, USA. | ||
Low temperature measurement accessory | Hitachi | 5J0-0112 | The accessory includes a transparent Dewar container for 77K fluorescence spectra |
Methanol | Merck | 1.07018,2511 | for Coomassie Blue staining |
Microcentrifuge | Thermo Fisher | Pico 21 | for PBS extraction |
Mini-Beadbeater-16 | BioSpec | Model 607 | for PBS extraction |
Potassium phosphate dibasic | PanReac AppliChem | 121512.121 | for PBS extraction |
Potassium phosphate monobasic | PanReac AppliChem | 141509.121 | for PBS extraction |
Screw cap vial | BioSpec | 10832 | for PBS extraction |
SmartView Pro Imager | Major Science | UVCI-2300 | for Znic staining signal detection |
Sodium dodecyl sulfate | Zymeset | BSD101 | protein loading buffer |
Sucrose | Zymeset | BSU101 | for PBS isolation |
Synechocystis sp. PCC 6803 | glucose-tolerant strain from Dr. Chu, Hsiu-An at Academia Sinica, Taiwan | ||
Tris | BioShop | TRS 011.1 | protein loading buffer |
Triton X-100 | BioShop | TRX 506.500 | for PBS extraction |
Ultra 10 K membrane centrifugal filter | Millipore | UFC901024 | for buffer exchange |
Ultra 3 K membrane centrifugal filter | Millipore | UFC500324 | for buffer exchange |
Ultracentrifuge | Hitachi | CP80WX | ultracentrifugation |
UV/Vis spectrophotometer | Agilent | Cary 60 | Spectrophotometer |
Zinc sulfate | PanReac AppliChem | 131787.121 | for Znic staining |
β-Mercaptoethanol | BioBasic | MB0338 | protein loading buffer |
Solicitar permissão para reutilizar o texto ou figuras deste artigo JoVE
Solicitar PermissãoThis article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. Todos os direitos reservados