Кіріспе

Пластоцианин – электронды тасымалдауға қатысатын мыс қосқан ақуыз. Ол фотосинтезге қатысатын әртүрлі өсімдіктерде кездеседі. Бұл ақуыз, қарқынды көк түсті металлопротеиндер тобы – көк мыс ақуыздарының прототипі болып табылады. Нақтырақ айтқанда, ол "купредоксиндер" деп аталатын кішкентай I типті көк мыс ақуыздары тобына жатады.

Функция

Фотосинтезде пластоцианин фотожүйе II-нің цитохром b6f кешенінің цитохром f-ы мен фотожүйе I-нің P700+ арасында электронды тасымалдаушы агент ретінде жұмыс істейді. Цитохром b6f кешені мен P700+ екеуі де хлоропласттардың тилакоидты мембранасының люмен жағындағы әйнекшелерге ие мембранаға байланысқан ақуыздар болып табылады. Цитохром f электрон беретін зат ретінде, ал P700+ тотыққан пластоцианиннен электрондарды қабылдайды.

Құрылымы

Пластоцианин – көк мыс протеиндерінің алғаш рет рентгендік кристаллография арқылы сипатталғаны. Оның құрамында бір мыс орталығын қамтитын сегіз тізбекті антипараллель β-цилиндр бар. Попляр, балдырлар, петрушка, шпинат және француз бұршағы өсімдіктерінен алынған протеиннің құрылымы кристаллографиялық түрде анықталған. Пластоцианиннің тотыққан түрінде His 87 протондалады. Мыс байланысу орнына жақын протеиннің молекулалық беті шамалы өзгереді, бірақ барлық пластоцианиннің мыс байланысу орнының ашық гистидинін қоршап тұратын гидрофобтық беті болады. Өсімдік пластоцианиндерінде қышқыл қалдықтары жоғары сақталған тирозин 83-тің екі жағында орналасқан. Апиацея тұқымдасына жататын тамырлы өсімдіктер мен балдырлардың пластоцианиндері ұқсас қышқыл қалдықтарға ие, бірақ өсімдік пластоцианиндерімен салыстырғанда пішіндері әртүрлі – оларда 57 және 58 қалдықтары жоқ. Цианобактерияларда зарядталған қалдықтардың бетіндегі таралуы эукариоттық пластоцианиндерден өзгеше, ал бактерия түрлері арасындағы айырмашылықтар зор. Көптеген цианобактерия пластоцианиндері 107 аминқышқылынан тұрады. Бактерияларда қышқыл аймақтар сақталмаса да, гидрофобтық аймақ әрқашан кездеседі. Осы гидрофобтық және қышқыл аймақтар электронды тасымалдауға қатысатын басқа протеиндерді тану/байланысу орындары деп саналады.

Энтазиялық күй

Катализатордың функциясы – электрондық көшіру (редокс) реакциясының жылдамдығын арттыру. Пластоцианин ферменттер сияқты жұмыс істемейді, онда ферменттер электронды көшіруге қажетті энергияны төмендетіп жібереді. Пластоцианин энтатикалық күйлер принципі бойынша жұмыс істейді, ол реактивтердің энергиясын арттырып, редокс реакциясының жүруіне қажетті энергия мөлшерін азайтады. Пластоцианиннің функциясын тағы бір жолмен түсіндіруге болады: ол электрондық көшіру реакциясын жеңілдету үшін шағын қайта ұйымдастыру энергиясын қамтамасыз етеді, ол шамамен … құрайды. Пластоцианиннің редокс реакциясының қасиеттерін зерттеу үшін кванттық механика / молекулалық механика (QM/MM) молекулалық динамикалық модельдеу сияқты әдістер қолданылды. Бұл әдіс пластоцианиннің энтатикалық кернеу энергиясы шамамен … екенін анықтады. Төрт координациялық мыс кешендері көбінесе шаршы жазықтық геометрияны көрсетеді, бірақ пластоцианин үшбұрышты бұрмаланған тетраэдрлік геометрияға ие. Бұл бұрмаланған геометрия тригональдық бұрмалаудың нәтижесінде лигандтық өріс тұрақтандыруының төмендеуіне байланысты идеалды тетраэдрлік геометриядан тұрақсыз. Бұл ерекше геометрия белокпен ұйымдастырылған лиганд донорларының қатаң «алдын ала ұйымдастырылған» конформациясымен шақырылады, бұл энтатикалық күй. Пластоцианин Cu(I) және Cu(II) арасындағы редокс арқылы электрондық көшіруді жүзеге асырады, және оның энтатикалық күйі белоктың тотыққан Cu(II) орнына қарапайым Cu(I) кешендері ұнататын бұрмаланбаған тетраэдрлік геометрияны енгізгенінің нәтижесі деп болжанған. Дегенмен, тотыққан Cu(II) орнына толық симметриялық тетраэдрлік геометрияның орнына жоғары бұрмаланған тетраэдрлік геометрия шақырылады. Энтатикалық күйдің ерекшелігі – металл-лиганд байланысын бұзатын температурада да лигандтың диссоциациясын болдырмайтын белоктық орта. Пластоцианин жағдайында сіңіру спектроскопиясы арқылы ұзақ және әлсіз Cu(I) SMet байланысы бар екені анықталды, ол физиологиялық температурада энтропияның артуына байланысты диссоциациялануы керек. Алайда, бұл байланыс энтропиялық күштерге үстемдік ететін белоктық ортаның шектеулеріне байланысты ажырамайды. Cu(I)/Cu(II) редокс жұптасуына қатысқан қарапайым мыс кешендерінде шектеуші белоктық орта болмаған жағдайда, олардың лиганд геометриясы айтарлықтай өзгереді және әдетте Яхн-Теллер бұрмалау күшінің болуына сәйкес келеді. Алайда, Яхн-Теллер бұрмалау күші пластоцианинде dх2-у2 және dху орбитальдарының үлкен айырылуына байланысты жоқ (Көк мыс ақуызының энтатикалық күйін қараңыз). Сонымен қатар, пластоцианиннің құрылымы электрондық донорлық қабілеті төмендеген ұзақ Cu(I) SMet байланысын (2.9 Å) көрсетеді. Бұл байланыс сонымен қатар Cu(I) SCys байланысын (2.1 Å) қысқартады, оның электрондық донорлық қабілетін арттырады. Жалпы, пластоцианин төмен қайта ұйымдастыру энергиясына ие, себебі белок лигандының энтатикалық күйі Cu(II) және Cu(I) тотығу күйлерінде бірдей бұрмаланған тетраэдрлік геометрияны сақтайды, бұл оған электронды көшіруді жоғары жылдамдықпен жүзеге асыруға мүмкіндік береді. Пластоцианин сияқты көгілдір мыс ақуыздарының қайта ұйымдастыру энергиясы 0.7-1.2 эВ (68-116 кДж/моль) құрайды, бұл [Cu(phen)2]2+/+ сияқты қарапайым мыс кешеніндегі 2.4 эВ (232 кДж/моль) көрсеткіштен төмен.