Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Структура из PDB 3BQV .

Пластоцианин - это медьсодержащий белок, который обеспечивает перенос электронов . Он содержится во многих растениях, где участвует в фотосинтезе . Этот белок является прототипом белков голубой меди , семейства металлопротеинов интенсивного синего цвета .

Функция [ править ]

В процессе фотосинтеза , пластоцианин функционирует в качестве агента электронного переноса между цитохромом Р от цитохрома Ь 6 ф комплекс из фотосистемы II и Р700 + от фотосистемы I . Комплекс цитохрома b 6 f и P700 + являются мембраносвязанными белками с открытыми остатками на стороне просвета тилакоидной мембраны хлоропластов . Цитохром f действует как донор электронов, в то время как P700 + принимает электроны от восстановленного пластоцианина. [1]

Структура [ править ]

Участок меди в пластоцианине с четырьмя аминокислотами, которые связывают металл.

Пластоцианин был первым из белков голубой меди, охарактеризованных с помощью рентгеновской кристаллографии . [2] [1] [3] Он имеет восьмицепочечный антипараллельный β-бочонок, содержащий один медный центр. [2]

Структуры белка из растений тополя, водорослей , петрушки , шпината и французской фасоли охарактеризованы кристаллографически. [2] Во всех случаях сайт связывания обычно сохраняется. С медным центром связаны четыре лиганда : имидазольные группы двух остатков гистидина (His37 и His87), тиолат Cys84 и тиоэфир Met92 . Геометрия сайта связывания меди описывается как «искаженная тригонально-пирамидальная». Контакт Cu-S (cys) намного короче (207 пикометров ), чем связь Cu-S (met) (282 пм). Удлиненная связь Cu-тиоэфир, по-видимому, дестабилизирует Cu IIсостояние, тем самым увеличивая его окислительную способность. Синий цвет ( пиковое поглощение 597 нм ) соответствует переходу с переносом заряда от S pπ к Cu dx 2 -y 2 . [4]

В восстановленной форме пластоцианина His-87 становится протонированным.

В то время как молекулярная поверхность белка рядом с участком связывания меди незначительно варьируется, все пластоцианины имеют гидрофобную поверхность, окружающую гистидин на участке связывания меди. В пластоцианинах растений кислотные остатки расположены по обе стороны от высококонсервативного тирозина -83. Пластоцианы водорослей и пластоцианы сосудистых растений семейства Apiaceae содержат аналогичные кислотные остатки, но по форме отличаются от пластоцианов растений - им не хватает остатков 57 и 58. У цианобактерий распределение заряженных остатков на поверхности отличается от эукариотического.пластоцианинов и различия между различными видами бактерий велики. Многие цианобактериальные пластоцианины содержат 107 аминокислот. Хотя кислые пятна не сохраняются у бактерий, гидрофобные пятна присутствуют всегда. Считается, что эти гидрофобные и кислые участки являются сайтами узнавания / связывания других белков, участвующих в переносе электронов.

Реакции [ править ]

Пластоцианин (Cu 2+ Pc) восстанавливается (добавляется электрон) цитохромом f по следующей реакции:

Cu 2+ Pc + e - → Cu + Pc

После диссоциации Cu + Pc диффундирует через пространство просвета до тех пор, пока не произойдет распознавание / связывание с P700 + , после чего P700 + окисляет Cu + Pc в соответствии со следующей реакцией:

Cu + Pc → Cu 2+ Pc + e -

Редокс-потенциал составляет около 370 мВ [5], а изоэлектрический pH - около 4. [6]

Энтатическое состояние [ править ]

Функция катализатора заключается в увеличении скорости реакции переноса электронов ( окислительно-восстановительного потенциала ). Считается, что пластоцианин работает не так, как фермент, где ферменты уменьшают энергию перехода, необходимую для переноса электрона. Пластоцианин больше работает на принципах энтатических состояний, когда он увеличивает энергию реагентов, уменьшая количество энергии, необходимое для протекания окислительно-восстановительной реакции. Другой вариант - перефразировать функцию пластоцианина, заключающуюся в том, что он может облегчить реакцию переноса электрона, обеспечивая небольшую энергию реорганизации , которая, согласно измерениям, составляет около 16-28 ккал / моль. [7]

Для изучения свойств окислительно-восстановительной реакции пластоцианина используются такие методы, как квантовая механика / молекулярная механика (QM / MM), моделирование молекулярной динамики . Этот метод был использован для определения того, что пластоцианин обладает энтатической энергией деформации около 10 ккал / моль. [7]

В океане [ править ]

Обычно пластоцианин содержится в организмах, содержащих хлорофилл b и цианобактерии , а также в водорослях, содержащих хлорофилл c . Пластоцианин также был найден в диатомовых , Thalassiosira Oceanica , которые могут быть найдены в океанических условиях. Было удивительно обнаружить эти организмы, содержащие белок пластоцианин, потому что концентрация меди, растворенной в океане, обычно низкая (от 0,4 до 50 нМ). Однако концентрация меди в океанах сравнительно выше по сравнению с концентрациями других металлов, таких как цинк и железо.. Другие организмы, обитающие в океане, такие как фитопланктон, адаптировались там, где им не нужны эти металлы с низкой концентрацией (Fe и Zn) для облегчения фотосинтеза и роста. [8]

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b Redinbo MR, Yeates TO, Merchant S (февраль 1994 г.). «Пластоцианин: структурно-функциональный анализ». Журнал биоэнергетики и биомембран . 26 (1): 49–66. DOI : 10.1007 / BF00763219 . PMID  8027022 .
  2. ^ a b c Xue Y, Okvist M, Hansson O, Young S (октябрь 1998 г.). «Кристаллическая структура пластоцианина шпината при разрешении 1,7 А» . Белковая наука . 7 (10): 2099–105. DOI : 10.1002 / pro.5560071006 . PMC 2143848 . PMID 9792096 .  
  3. Перейти ↑ Freeman HC , Guss JM (2001). «Пластоцианин». В Bode W, Messerschmidt A, Cygler M (ред.). Справочник металлопротеинов . 2 . Чичестер: Джон Уайли и сыновья. С. 1153–69. ISBN 978-0-471-62743-2.
  4. ^ Gewirth А.А., Соломон ЭИ (июнь 1988). «Электронная структура пластоцианина: спектральные особенности возбужденного состояния». J Am Chem Soc . 110 (12): 3811–9. DOI : 10.1021 / ja00220a015 .
  5. Перейти ↑ Anderson GP, ​​Sanderson DG, Lee CH, Durell S, Anderson LB, Gross EL (декабрь 1987 г.). «Влияние химической модификации пластоцианина этилендиамином на скорость окисления цитохрома f и восстановления P-700 +». Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Биоэнергетика . 894 (3): 386–98. DOI : 10.1016 / 0005-2728 (87) 90117-4 . PMID 3689779 . 
  6. ^ Ратайчак R, R Митчелла, Haehnel Вт (1988). «Свойства окислительного центра Фотосистемы I». Биохим. Биофиз. Acta . 933 (2): 306–318. DOI : 10.1016 / 0005-2728 (88) 90038-2 .
  7. ↑ a b Hurd CA, Besley NA, Robinson D (июнь 2017 г.). «Исследование QM / MM природы энтатического состояния в пластоцианине» . Журнал вычислительной химии . 38 (16): 1431–1437. DOI : 10.1002 / jcc.24666 . PMC 5434870 . PMID 27859435 .  
  8. Перейти ↑ Peers G, Price NM (май 2006 г.). «Медьсодержащий пластоцианин, используемый для транспорта электронов океаническими диатомовыми водорослями». Природа . 441 (7091): 341–4. Bibcode : 2006Natur.441..341P . DOI : 10,1038 / природа04630 . PMID 16572122 . 

Дальнейшее чтение [ править ]

  • Берг Дж. М., Липпард С. Дж. (1994). «Белки синей меди». Основы биоинорганической химии . Саусалито, Калифорния: Университетские научные книги. С. 237–242. ISBN 978-0-935702-72-9.
  • Сато К., Кохзума Т., Деннисон С. (февраль 2003 г.). «Структура активного центра и реакционная способность пластоцианинов по переносу электрона». Журнал Американского химического общества . 125 (8): 2101–12. DOI : 10.1021 / ja021005u . PMID  12590538 .