بلاستوسيانين

البلاستوسيانين بروتين يحتوي على النحاس، ويتوسط عملية نقل الإلكترونات . يوجد في العديد من النباتات، حيث يشارك في عملية التمثيل الضوئي . يُعد هذا البروتين نموذجًا أوليًا لبروتينات النحاس الزرقاء ، وهي عائلة من البروتينات المعدنية ذات اللون الأزرق الداكن . وينتمي تحديدًا إلى مجموعة بروتينات النحاس الزرقاء الصغيرة من النوع الأول، والتي تُسمى "الكوبريدوكسينات". ^{[ 1 ]}

في عملية التمثيل الضوئي _، ينقل البلاستوسيانين إلكترونًا من السيتوكروم f في معقد السيتوكروم b6f إلى P700+ من النظام الضوئي الأول . يُعد كل من معقد السيتوكروم b6f والنظام الضوئي الأول بروتينات مرتبطة بالغشاء _، وتكون بقاياها مكشوفة على تجويف الثايلاكويد . يعمل السيتوكروم f كمانح للإلكترونات، بينما يستقبل P700+ الإلكترونات من البلاستوسيانين المختزل. ^{[ 2 ]}

كان البلاستوسيانين أول بروتين من بروتينات النحاس الأزرق التي تم تحديد خصائصها باستخدام تقنية علم البلورات بالأشعة السينية . ^{[ 3 ] [ 2 ] [ 4 ]} وهو يتميز ببنية برميل بيتا مضادة التوازي مكونة من ثمانية خيوط تحتوي على مركز نحاسي واحد . ^{[ 3 ]}

تم تحديد بنية البروتين من نباتات الحور والطحالب والبقدونس والسبانخ والفاصوليا الفرنسية باستخدام علم البلورات. ^{[ 3 ]} في جميع الحالات، يكون موقع الارتباط محفوظًا بشكل عام. ترتبط بمركز النحاس أربعة ليجاندات : مجموعات الإيميدازول لاثنين من بقايا الهيستيدين (His37 وHis87)، ومجموعة الثيولات لـ Cys84 ، ومجموعة الثيوإيثر لـ Met92 . يوصف شكل موقع ارتباط النحاس بأنه "رباعي الأوجه مشوه". رابطة Cu-S (Cys) أقصر بكثير (207 بيكومتر ) من رابطة Cu-S (Met) (282 بيكومتر). يبدو أن رابطة Cu-ثيوإيثر المطولة تُزعزع استقرار حالة Cu ^II ، مما يعزز قدرتها على الأكسدة. يُعزى اللون الأزرق (ذروة امتصاص عند 597 نانومتر ) إلى انتقال الشحنة من S _pπ إلى Cu _{dx ² -y ²} . ^{[ 5 ]}

في الشكل المختزل من البلاستوسيانين، يصبح الهيستيدين-87 بروتونيًا .

على الرغم من اختلاف السطح الجزيئي للبروتين بالقرب من موقع ارتباط النحاس اختلافًا طفيفًا، فإن جميع البلاستوسيانينات تمتلك سطحًا كارهًا للماء يحيط بالهيستيدين المكشوف في موقع ارتباط النحاس. في بلاستوسيانينات النباتات، تقع البقايا الحمضية على جانبي التيروسين -83 المحفوظ بدرجة عالية. تحتوي بلاستوسيانينات الطحالب ، وتلك الموجودة في النباتات الوعائية من الفصيلة الخيمية ، على بقايا حمضية مماثلة، ولكنها تختلف في شكلها عن بلاستوسيانينات النباتات - فهي تفتقر إلى البقايا 57 و58. في البكتيريا الزرقاء ، يختلف توزيع البقايا المشحونة على السطح عن بلاستوسيانينات حقيقيات النوى ، وتكون الاختلافات بين أنواع البكتيريا المختلفة كبيرة. تحتوي العديد من بلاستوسيانينات البكتيريا الزرقاء على 107 أحماض أمينية. على الرغم من أن البقع الحمضية غير محفوظة في البكتيريا، إلا أن البقعة الكارهة للماء موجودة دائمًا. يُعتقد أن هذه البقع الكارهة للماء والحمضية هي مواقع التعرف/الارتباط للبروتينات الأخرى المشاركة في نقل الإلكترون.

يتم اختزال البلاستوسيانين (Cu ²⁺ Pc) (إضافة إلكترون) بواسطة السيتوكروم f وفقًا للتفاعل التالي:

Cu ²⁺ Pc + e ⁻ → Cu ⁺ Pc

بعد الانفصال، ينتشر Cu ⁺ Pc عبر مساحة التجويف حتى يحدث التعرف / الارتباط مع P700 ⁺ ، وعند هذه النقطة يقوم P700 ⁺ بأكسدة Cu ⁺ Pc وفقًا للتفاعل التالي:

Cu ⁺ Pc → Cu ²⁺ Pc + e ⁻

يبلغ جهد الأكسدة والاختزال حوالي 370 مللي فولت ^{[ 6 ]} ويبلغ الرقم الهيدروجيني متساوي الكهربائية حوالي 4. ^{[ 7 ]}

تتمثل وظيفة المحفز في زيادة سرعة تفاعل نقل الإلكترون ( الأكسدة والاختزال ). يُعتقد أن البلاستوسيانين يعمل بشكل أقل شبهاً بالإنزيمات، حيث تقلل الإنزيمات من طاقة الانتقال اللازمة لنقل الإلكترون. يعمل البلاستوسيانين بشكل أكبر وفقاً لمبادئ الحالات النشطة ، حيث يزيد من طاقة المتفاعلات، مما يقلل من كمية الطاقة اللازمة لحدوث تفاعل الأكسدة والاختزال. ويمكن صياغة وظيفة البلاستوسيانين بطريقة أخرى، وهي أنه يُسهّل تفاعل نقل الإلكترون من خلال توفير طاقة إعادة تنظيم صغيرة ، والتي قُدِّرت بحوالي 16-28 كيلو كالوري/مول (67-117 كيلو جول/مول) . ^{[ 8 ]}  

عادةً ما يوجد البلاستوسيانين في الكائنات الحية التي تحتوي على الكلوروفيل ب والبكتيريا الزرقاء ، بالإضافة إلى الطحالب التي تحتوي على الكلوروفيل ج . كما وُجد البلاستوسيانين في الدياتوم Thalassiosira oceanica ، الذي يعيش في البيئات المحيطية. كان من المفاجئ العثور على هذه الكائنات الحية التي تحتوي على بروتين البلاستوسيانين ، لأن تركيز النحاس المذاب في المحيط منخفض عادةً (بين 0.4 و50 نانومول). مع ذلك، فإن تركيز النحاس في المحيطات أعلى نسبيًا مقارنةً بتركيزات معادن أخرى مثل الزنك والحديد . وقد تكيّفت كائنات حية أخرى تعيش في المحيط، مثل أنواع أخرى من العوالق النباتية، مع بيئات لا تحتاج فيها إلى تركيزات عالية من هذه المعادن منخفضة التركيز (الحديد والزنك) لتسهيل عملية التمثيل الضوئي والنمو. ^{[ 9 ]}