Plastocyanin - Plastocyanin

Struktur fra PDB 3BQV .

Plastocyanin er et kobberholdig protein som formidler elektronoverføring . Den finnes i en rekke planter, hvor den deltar i fotosyntese . Proteinet er en prototype av de blå kobberproteinene , en familie av intenst blåfargede metalloproteiner .

Funksjon

I fotosyntesen , plastocyanin fungerer som et elektronoverføringsmiddel mellom cytokrom f av cytokrom b ₆ f -komplekset fra photosystem II og P700 + fra photosystem I . Cytokrom b ₆ f- kompleks og P700 ⁺ er begge membranbundne proteiner med eksponerte rester på lumen-siden av thylakoid- membranen til kloroplaster . Cytokrom f fungerer som en elektrondonor mens P700+ tar imot elektroner fra redusert plastocyanin.

Struktur

Kobberstedet i plastocyanin, med de fire aminosyrene som binder metallet merket.

Plastocyanin var det første av de blå kobberproteinene som ble preget av røntgenkrystallografi . Den har en åttestrenget antiparallell β-fat som inneholder ett kobbersenter .

Strukturene av proteinet fra poppel, alger , persille , spinat og franske bønneplanter har blitt karakterisert krystallografisk. I alle tilfeller er bindingsstedet generelt konservert. Bundet til kobbersenteret er fire ligander : imidazolgruppene av to histidinrester (His37 og His87), tiolatet av Cys84 og tioeteren av Met92 . Geometrien til kobberbindingsstedet er beskrevet som en 'forvrengt trigonal pyramidal'. Cu-S (cys) kontakten er mye kortere (207 pikometer ) enn Cu-S (met) (282 pm) binding. Den langstrakte Cu-tioeterbindingen ser ut til å destabilisere Cu ^II- tilstanden og derved øke dens oksydasjonsevne. Den blå fargen (597 nm _{toppabsorpsjon} ) tilordnes en ladningsoverføring fra S _pπ til Cu _{dx ² -y ²} .

I den reduserte formen av plastocyanin blir His-87 protonert.

Mens proteinets molekylære overflate nær kobberbindingsstedet varierer litt, har alle plastocyaniner en hydrofob overflate som omgir det eksponerte histidinet til kobberbindingsstedet. I planteplastocyaniner er sure rester plassert på hver side av det sterkt konserverte tyrosinet -83. Alge plastocyanins, og de fra karplanter i familien Apiaceae , inneholder lignende sure rester, men er forskjellig utformet fra de til plante plastocyanins-de mangler rester 57 og 58. I cyanobacteria , fordeling av ladede rester på overflaten er forskjellig fra eukaryote plastocyanins og variasjonene mellom forskjellige bakteriearter er store. Mange cyanobakterielle plastocyaniner har 107 aminosyrer. Selv om de sure lappene ikke er konservert i bakterier, er den hydrofobe plaster alltid tilstede. Disse hydrofobe og sure flekkene antas å være gjenkjennelses-/bindingsstedene for de andre proteinene som er involvert i elektronoverføring.

Reaksjoner

Plastocyanin (Cu ²⁺ Pc) reduseres (et elektron tilsettes) med cytokrom f i henhold til følgende reaksjon:

Cu ²⁺ stk + e ^- → Cu ⁺ stk

Etter dissosiasjon diffunderer Cu ⁺ Pc gjennom lumenrommet til gjenkjenning/binding skjer med P700 ⁺ , hvoretter P700 ⁺ oksiderer Cu ⁺ Pc i henhold til følgende reaksjon:

Cu ⁺ Pc → Cu ²⁺ Pc + e ^-

Redokspotensialet er omtrent 370 mV og den isoelektriske pH er omtrent 4.

Entatisk tilstand

En katalysators funksjon er å øke hastigheten på elektronoverføring ( redoks ) reaksjon. Plastocyanin antas å fungere mindre som et enzym hvor enzymer reduserer overgangsenergien som trengs for å overføre elektronet. Plastocyanin jobber mer med prinsippene for entatiske tilstander der det øker energien til reaktantene, og reduserer mengden energi som trengs for at redoksreaksjonen skal skje. En annen måte å omformulere plastocyanins funksjon på er at den kan lette elektronoverføringsreaksjonen ved å tilveiebringe en liten omorganiseringsenergi , som er målt til ca. 16-28 kcal/mol.

For å studere egenskapene til redoksreaksjonen til plastocyanin, metoder som kvantemekanikk / molekylær mekanikk (QM / MM) simuleringer av molekylær dynamikk . Denne metoden ble brukt for å bestemme at plastocyanin har en entatisk belastningsenergi på omtrent 10 kcal/mol.

I havet

Vanligvis kan plastocyanin finnes i organismer som inneholder klorofyll b og cyanobakterier , samt alger som inneholder klorofyll c . Plastocyanin er også funnet i kiselalgen , Thalassiosira oceanica , som finnes i havmiljøer. Det var overraskende å finne disse organismer som inneholder proteinet plastocyanin fordi konsentrasjonen av kobber oppløst i havet vanligvis er lav (mellom 0,4 - 50 nM). Imidlertid er konsentrasjonen av kobber i havene relativt høyere sammenlignet med konsentrasjonene av andre metaller som sink og jern . Andre organismer som lever i havet, som fytoplankton, har tilpasset seg hvor de ikke trenger disse lavkonsentrasjonsmetallene (Fe og Zn) for å lette fotosyntese og vokse.

Referanser

Videre lesning