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Real-time mapping of protein proton dynamics through photoresponsive non-canonical amino acids and ultrafast spectroscopy

Description du projet

Cartographie dynamique du transfert de protons dans les protéines

Le transfert de protons dans les protéines, un processus au cours duquel un ion hydrogène positif (proton) se déplace le long d’une voie, est à l’origine de l’énergie cellulaire, de la catalyse enzymatique, de la transduction du signal et d’autres fonctions biologiques. Or, le processus dynamique de transfert et les voies empruntées sont encore largement méconnus. Avec le soutien du programme Actions Marie Skłodowska-Curie, le projet TrackingProtons va suivre le transfert de protons en temps réel. S’appuyant des acides aminés non canoniques photosensibles, c’est-à-dire des acides aminés naturels ou synthétiques ne figurant pas parmi les 20 acides aminés codés génétiquement, il intégrera un acide aminé donneur photosensible et un accepteur de protons au sein d’une même structure protéique. L’excitation optique déclenchera le transfert des protons, qui sera suivi à l’aide de techniques complémentaires de spectroscopie de fluorescence ultra-rapide et de spectroscopie infrarouge.

Objectif

Proton transfer (PT) underpins a wide range of protein functions in biology, including bioenergetics, enzymatic catalysis, pH regulation, protein stability, membrane transport, and signal transduction. Despite its central role, directly mapping PT pathways inside proteins remains a major challenge, as current methods typically capture only the end products of PT rather than the transfer process itself. TrackingProtons seeks to overcome this limitation by establishing a new strategy to initiate and monitor PT in real time using genetically encoded, light-sensitive non-canonical amino acids (ncAAs). These ncAAs act as photoacids and photobases that undergo large, reversible pKa shifts upon optical excitation, creating a strong driving force for PT between defined sites within proteins. The project will develop an orthogonal genetic code expansion system to enable site-specific dual incorporation of a proton donor and acceptor into the same protein scaffold. Carbonic anhydrase, a prototypical PT enzyme, will serve as the model system, with PT dynamics tracked using complementary ultrafast fluorescence and infrared spectroscopy. This approach will provide the first direct observation of PT trajectories with molecular precision, offering transformative insights into proton-coupled processes across biology. Beyond advancing fundamental understanding, the project will establish expertise at the interface of protein engineering and ultrafast spectroscopy, supporting the applicant’s progression toward scientific independence.

Champ scientifique (EuroSciVoc)

Mots‑clés

Programme(s)

Thème(s)

Régime de financement

HORIZON-TMA-MSCA-PF-EF - HORIZON TMA MSCA Postdoctoral Fellowships - European Fellowships

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Appel à propositions

(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) HORIZON-MSCA-2025-PF

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Coordinateur

THE UNIVERSITY OF SHEFFIELD
Contribution nette de l'UE
€ 276 187,92
Adresse
FIRTH COURT WESTERN BANK
S10 2TN SHEFFIELD
Royaume-Uni
Région
Yorkshire and the Humber South Yorkshire Sheffield
Type d’activité
Higher or Secondary Education Establishments
Liens
Coût total
Aucune donnée