Molecular dynamics and interactions of human ceruloplasmin: A spin labelling study

Summary Ceruloplasmin, a paramagnetic copper-containing protein, has been spin labelled with different nitroxide spin labels in order to study its molecular dynamics and to gain further information about its interaction with other biosystems. Spin labelling with a maleimide derivative resulted in an electron spin resonance spectrum which was a superposition of two different absorptions due to paramagnetic species in different microenvironments. The first one, a three-line isotropic spectrum, is due to a fast-moving spin label (with a rotational correlation time τ_c≃10^-9s); the second one is an anisotropic, asymmetrical signal arising from an immobilized spin in a slow-motion domain (τ_c=10^-7). The assumption of a spherical shape for the molecule provided, through the Stokes-Einstein relation, an estimate of the molecular-radius value consistent with smallangle neutron scattering measurements. The interaction with other biosystems, as deduced from the protein molecule dynamics, is discussed.

---

Riassunto La ceruloplasmina, una proteina umana contenente ioni Cu⁺⁺ paramagnetici, è stata marcata con differenti spin labels per studiarne la dinamica molecolare e la sua interazione con altri biosistemi. Il marcaggio mediante spin labels di tipo maleimidico ha portato ad uno spettro di risonanza elettronica di spin composto da due differenti gruppi di righe dovuti a specie paramagnetiche in differenti microambienti. Il primo segnale è costituito da un tripletto isotropico dovuto ad uno spin label in rapida rotazione (τ_c≃10^-9s), mentre il secondo è alquanto asimmetrico (anisotropico) e deriva da uno spin label ruotante in un dominio temporale piuttosto lento (τ_c=10^-7). L'assunzione di una forma sferica per la proteina in soluzione ha portato, attraverso la relazione di Stokes-Einstein, ad una determinazione del raggio molecolare in buon accordo con il risultato di misure di diffrazione a basso angolo di neutroni. Si discute inoltre l'interazione con altri biosistemi come desunta dalla dinamica molecolare della proteina.

---

Резюме Церулоплазмин, человеческий белок, содержащий парамагнитные ионы меди Cu⁺⁺, помечается с помощью различных спиновых меток для исследования молекулярной динамики и взаимодействий с другими биосистемами. Спиновая метка в случае производной меламида приводит к спектру электронного спинового резонанса, который представляет суперпозицию двух различных групп линий, обусловленных парамагнитными разновидностями при различных микро-окружениях. Первый спектр, изотропный триплет линий, обусловлен быстро движущейся спиновой меткой (с временем ротационной корреляции (τ_c≃10^-9 c); второй спектр представляет анизотропный асимметричный сигнал, возникающий от медленно движущейся спиновой метки (τ_c=10^-7 c). Предположение сферической формы бекла в растворе, которое следует из соотношения Стокса-Эйнштейна, позволяет оценить радиус молекулы, величина которого хорошо согласуется с измерениями малоуг лового рассеяния нейтронов. Обсуждается взаимодействие с другими биосистемами на основе анализа динамики молекул белка.