Пластоцианин - Plastocyanin

Структура из PDB 3BQV.

Пластоцианин это медьсодержащий белок, который опосредует электронный перенос. Он содержится во множестве растений, где участвует в фотосинтез. Белок является прототипом белки голубой меди, семья ярко-голубых металлопротеины.

Функция

В фотосинтез, пластоцианин действует как агент переноса электронов между цитохром f из цитохром б6ж сложный из фотосистема II и P700 + из фотосистема I. Цитохром б6ж сложный и P700+ являются мембраносвязанными белками с открытыми остатками на стороне просвета тилакоид мембрана хлоропласты. Цитохром f действует как донор электронов, в то время как P700 + принимает электроны от восстановленного пластоцианина.[1]

Структура

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

Пластоцианин был первым из белков голубой меди, который характеризовался Рентгеновская кристаллография.[2][1][3] Он имеет восьминиточный антипараллельный β-ствол содержащий один медь центр.[2]

Структуры протеина тополя, водоросли, петрушка, шпинат и французские бобы охарактеризованы кристаллографически.[2] Во всех случаях сайт связывания обычно сохраняется. К медному центру привязаны четыре лиганды: the имидазол группы из двух человек гистидин остатки (His37 и His87), тиолат Cys84 и тиоэфир Мет92. Геометрия сайта связывания меди описывается как «искаженная тригональная пирамида». Контакт Cu-S (cys) намного короче (207 пикометры ), чем связь Cu-S (мет) (282 пм). Удлиненная связь Cu-тиоэфир, по-видимому, дестабилизирует CuII состояние, тем самым увеличивая его окислительную способность. Синий цвет (597 нм пиковое поглощение) приписывается переходу с переносом заряда из Spπ к Cudx2-у2.[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 высококонсервативных тирозин -83. Водоросль пластоцианы, а также из сосудистых растений семейства Apiaceae, содержат аналогичные кислотные остатки, но по форме отличаются от растительных пластоцианов - в них отсутствуют остатки 57 и 58. цианобактерии, распределение заряженных остатков на поверхности отличается от эукариотический пластоцианинов и различия между различными видами бактерий велики. Многие цианобактериальные пластоцианины содержат 107 аминокислот. Хотя кислый пятна не сохраняются в бактериях, гидрофобный патч всегда присутствует. Считается, что эти гидрофобные и кислые участки являются сайтами узнавания / связывания других белков, участвующих в переносе электронов.

Реакции

Пластоцианин (Cu2+Pc) восстанавливается (добавляется электрон) цитохромом f по следующей реакции:

Cu2+ПК + е− → Cu+ПК

После диссоциации Cu+ПК диффундирует через пространство просвета до тех пор, пока не произойдет распознавание / связывание с P700.+, после чего P700+ окисляет Cu+Pc согласно следующей реакции:

Cu+ПК → Cu2+ПК + е−

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

Энтатическое состояние

Функция катализатора заключается в увеличении скорости переноса электронов (редокс ) реакция. Считается, что пластоцианин работает не так, как фермент, где ферменты уменьшают энергию перехода, необходимую для переноса электрона. Пластоцианин больше работает на принципах энтатические состояния где он увеличивает энергию реагентов, уменьшая количество энергии, необходимое для протекания окислительно-восстановительной реакции. Другой заключался в том, чтобы перефразировать функцию пластоцианина в том, что он может способствовать реакции переноса электрона, обеспечивая небольшой реорганизационная энергия, который составляет примерно 16-28 ккал / моль.[7]

Для изучения свойств окислительно-восстановительной реакции пластоцианина используются такие методы, как квантовая механика / молекулярная механика (QM / MM) молекулярная динамика симуляции. Этот метод был использован для определения того, что пластоцианин имеет энтатическую энергия деформации около 10 ккал / моль.[7]

В океане

Обычно пластоцианин можно найти в организмах, содержащих хлорофилл b и цианобактерии, а также водоросли, содержащие хлорофилл с. Пластоцианин также был обнаружен в диатомовые водоросли, Thalassiosira oceanica, которые можно найти в океанических средах. 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 утюг. 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]

Рекомендации

  1. ^ а б Redinbo MR, Yeates TO, Merchant S (февраль 1994 г.). «Пластоцианин: структурно-функциональный анализ». Журнал биоэнергетики и биомембран. 26 (1): 49–66. Дои:10.1007 / BF00763219. PMID  8027022.
  2. ^ а б c Сюэ Ю., Оквист М., Ханссон О., Янг С. (октябрь 1998 г.). «Кристаллическая структура пластоцианина шпината при разрешении 1,7 А». Белковая наука. 7 (10): 2099–105. Дои:10.1002 / pro.5560071006. ЧВК  2143848. PMID  9792096.
  3. ^ Freeman HC, Гусс Дж. М. (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. ^ Гевирт А.А., Соломон Е.И. (июнь 1988 г.). «Электронная структура пластоцианина: спектральные особенности возбужденного состояния». J Am Chem Soc. 110 (12): 3811–9. Дои:10.1021 / ja00220a015.
  5. ^ Андерсон Г.П., Сандерсон Д.Г., Ли С.Х., Дурелл С., Андерсон Л. Б., Гросс Е. Л. (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. Дои:10.1016/0005-2728(87)90117-4. PMID  3689779.
  6. ^ Ратайчак Р., Митчелл Р., Хенель В. (1988). «Свойства окислительного центра Фотосистемы I». Биохим. Биофиз. Acta. 933 (2): 306–318. Дои:10.1016/0005-2728(88)90038-2.
  7. ^ а б Херд, Калифорния, Бесли Н.А., Робинсон Д. (июнь 2017 г.). «Исследование QM / MM природы энтатического состояния пластоцианина». Журнал вычислительной химии. 38 (16): 1431–1437. Дои:10.1002 / jcc.24666. ЧВК  5434870. PMID  27859435.
  8. ^ Peers G, Price NM (май 2006 г.). «Медьсодержащий пластоцианин, используемый для транспорта электронов океаническими диатомовыми водорослями». Природа. 441 (7091): 341–4. Bibcode:2006Натура.441..341П. Дои:10.1038 / природа04630. PMID  16572122.

дальнейшее чтение

  • 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., Кодзума Т., Деннисон С. (февраль 2003 г.). «Структура активного центра и реакционная способность пластоцианинов по переносу электрона». Журнал Американского химического общества. 125 (8): 2101–12. Дои:10.1021 / ja021005u. PMID  12590538.