Пластоцианин

Пластоцианин — медьсодержащий белок, вовлечённый в транспорт электронов от фотосистемы II к фотосистеме I. Этот мономерный белок, состоящий у большинства сосудистых растений из 99 аминокислот, имеет молекулярную массу около 10,5 кДа. Он является представителем пластоцианинового семейства медьсвязывающих белков.

Структура взята с PDB 3BQV.

ФункцииПравить

В фотосинтезе пластоцианин играет роль переносчика электронов от цитохрома f из цитохром-b₆/f-комплекса к P700⁺ из фотосистемы I. Цитохром-b₆/f-комплекс и фотосистема I — это заякоренные в мембране белковые комплексы, активные центры которых расположены на люмиальной стороне мембраны тилакоида. Цитохром f является донором электронов, в то время как P700⁺ принимает электрон от восстановленного пластоцианина.

СтруктураПравить

Сайт связывания меди в молекуле пластоцианина. Красным показаны четыре аминокислотных остатка, связывающих атом металла

Пластоцианин был первым из медьсодержащих белков, структура которого была расшифрована при помощи рентгеноструктурного анализа. Его третичная структура — это бета-бочка, характерная для белков, которые связываются с другими белками^[1]. Хотя третичная структура молекулы пластоцианина различна для высших растений, водорослей и цианобактерий, структура медь-связывающего сайта крайне консервативна. Обычно его описываю как «искаженную тригональную пирамиду», основание которой состоит из двух атомов азота (N₁ и N₂) от двух гистидинов и атома серы (S₁) из цистеина. Вершину пирамиды формирует атом серы (S₂) из осевого метионина. «Искажение» происходит по длине связи между медью и серосодержащими лигандами: связь Cu-S₁ короче (207 пикометров) чем Cu-S₂ (282 пикометров). Удлинённая связь Cu-S₂ дестабилизирует Cu^II и увеличивает редокс-потенциал белка. Голубая окраска белка (пик поглощения 597 нм) объясняется влиянием связи Cu-S₁ где происходит перенос заряда от S_pπ к Cu_dx²-y²^[2].

Когда пластоцианин восстановлен, His-87 становится протонированным с pK_a = 4,4. Протонирование заставляет его отделится от атома меди и сайт связывания становится плоским треугольником.

Хотя поверхность молекулы пластоцианина рядом с медь-связывающим сайтом может различаться, все пластцианины имеют гидрофобную поверхность, окружающую неприкрытый гистидин, образующий связь с медью. В растительных пластоцианинах по обе стороны от высококонсервативного тирозина-83 располагаются кислотные остатки. Пластоцианины водорослей и сосудистых растений из семейства сельдерейных обладают схожими кислотными остатками, но отличаются от растительных пластоцианинов по форме — у них отсутствуют 57-й и 58-й аминокислотные остатки. У цианобактерий распределение заряженных аминокислотных остатков по поверхности белка отличается от эукариотических пластоцианинов, а их структура может сильно отличаться у разных видов бактерий. У многих цианобактерий пластоцианин состоит из 107 аминокислотных остатков. Хотя кислотные участки у бактерий не консервативны, всегда присутствует гидрофобный участок. Полагают, что его функция состоит в связывании и узнавании участков других белков, вовлечённых в процесс переноса электрона.

РеакцииПравить

Пластоцианин (Cu²⁺Pc) восстанавливается цитохромом f:

Cu²⁺Pc + e^- → Cu⁺Pc

После восстановления Cu⁺Pc связывается с субъединицей F фотосистемы I. P700⁺ окисляет Cu⁺Pc:

Cu⁺Pc → Cu²⁺Pc + e^-

Редокс-потенциал пластоцианина — около +0,37 В^[3], а изоэлектрическая точка — при pH около 4^[4].

ПримечанияПравить

↑ Freeman, H. C. (англ.) (рус.; Guss, J. M. Plastocyanin // Handbook of metalloproteins (неопр.) / Bode, Wolfram; Messerschmidt, Albrecht; Cygler, Mirek. — Chichester: John Wiley & Sons, 2001. — Т. 2. — С. 1153—1169. — ISBN 0-471-62743-7.
↑ Gewirth A.A., Solomon E.I. Electronic structure of plastocyanin: excited state spectral features (англ.) // J Am Chem Soc (англ.) (рус. : journal. — 1988. — June (vol. 110). — P. 3811—3819. — doi:10.1021/ja00220a015.
↑ Anderson G.P., Sanderson D.G., Lee C.H., Durell S., Anderson L.B., Gross E.L. The effect of ethylenediamine chemical modification of plastocyanin on the rate of cytochrome f oxidation and P-700+ reduction (англ.) // Biochim. Biophys. Acta (англ.) (рус. : journal. — 1987. — December (vol. 894, no. 3). — P. 386—398. — doi:10.1016/0005-2728 (87)90117-4. — PMID 3689779.
↑ Ratajczak R., Mitchell R., Haehnel W. Properties of the oxidizing site of Photosystem I (англ.) // Biochim. Biophys. Acta (англ.) (рус. : journal. — 1988. — Vol. 933. — P. 306—318. — doi:10.1016/0005-2728 (88)90038-2.

ИсточникиПравить

Berg, Jeremy Mark; Lippard, Stephen J. Blue Copper Proteins // Principles of bioinorganic chemistry (неопр.). — Sausalito, Calif: University Science Books, 1994. — С. 237—242. — ISBN 0-935702-72-5.
Sato K., Kohzuma T., Dennison C. Active-site structure and electron-transfer reactivity of plastocyanins (англ.) // J. Am. Chem. Soc. (англ.) (рус. : journal. — 2003. — February (vol. 125, no. 8). — P. 2101—2112. — doi:10.1021/ja021005u. — PMID 12590538.

[1] Freeman, H. C. (англ.) (рус.; Guss, J. M. Plastocyanin // Handbook of metalloproteins (неопр.) / Bode, Wolfram; Messerschmidt, Albrecht; Cygler, Mirek. — Chichester: John Wiley & Sons, 2001. — Т. 2. — С. 1153—1169. — ISBN 0-471-62743-7.

[2] Gewirth A.A., Solomon E.I. Electronic structure of plastocyanin: excited state spectral features (англ.) // J Am Chem Soc (англ.) (рус. : journal. — 1988. — June (vol. 110). — P. 3811—3819. — doi:10.1021/ja00220a015.

[3] Anderson G.P., Sanderson D.G., Lee C.H., Durell S., Anderson L.B., Gross E.L. The effect of ethylenediamine chemical modification of plastocyanin on the rate of cytochrome f oxidation and P-700+ reduction (англ.) // Biochim. Biophys. Acta (англ.) (рус. : journal. — 1987. — December (vol. 894, no. 3). — P. 386—398. — doi:10.1016/0005-2728 (87)90117-4. — PMID 3689779.

[4] Ratajczak R., Mitchell R., Haehnel W. Properties of the oxidizing site of Photosystem I (англ.) // Biochim. Biophys. Acta (англ.) (рус. : journal. — 1988. — Vol. 933. — P. 306—318. — doi:10.1016/0005-2728 (88)90038-2.

[1]

[2]

[3]

[4]