Complexo do citocromo b6f

O complexo do citocromo b₆f (plastoquinol—plastocianina redutase; número EC 1.10.99.1) é un complexo encimático situado na membrana dos tilacoides dos cloroplastos das plantas, cianobacterias, e algas verdes, que intervén na fase luminosa da fotosíntese catalizando a transferencia de electróns entre o plastoquinol e a plastocianina.^[1] A reacción é análoga á catalizada polo citocromo bc₁ (complexo III) da cadea de transporte electrónico mitocondrial. Na fotosíntese, o complexo do citocromo b₆f intervén na transferencia de electróns entre os fotosistemas II e I.

Complexo do citocromo b₆f (número EC: 1.10.99.1). Estrutura cristalina do complexo do citocromo b6f de Chlamydomonas reinhardtii (PDB3 1q90). Os límites hidrocarbonados da bicapa lipídica móstranse como puntos vermellos e azuis.

Estrutura encimática

O complexo do citocromo b₆f é un dímero, e cada un dos seus monómeros está composto por oito subunidades.^[2] O peso molecular total do complexo é de 217 kDa. Os monómeros constan dos seguintes compoñentes:

• catro subunidades grandes, que son o citocromo f de 32 kDa (cun hemo de tipo c), un citocromo b₆ de 25 kDa (cun grupo hemo de alto e baixo potencial), a proteína ferro-sulfurada de Rieske de 19 kDa (que contén un grupo [2Fe-2S]), e unha subunidade IV de 17 kDa;
• catro subunidades pequenas (de 3-4 kDa) chamadas: PetG, PetL, PetM, e PetN.^[2][3]

Foron determinados xa as estruturas cristalinas dos complexos citocromo b₆f de Chlamydomonas reinhardtii, Mastigocladus laminosus, e Nostoc sp. PCC 7120.^[4][5][6] O complexo é estruturalmente similar ao citocromo bc₁. O citocromo b₆ e a subunidade IV son homólogas ao citocromo b ^[7], e as proteínas ferro-sulfuradas de Rieske de ambos os complexos son homólogas.^[8] Porén, os citocromos f e c₁ non son homólogos.^[9]

O citocromo b₆f contén sete grupos prostéticos.^[10][11] Catro deles atópanse tanto no citocromo b₆f coma no bc₁, e son: o hemo tipo c dos citocromos c₁ e f, os dous hemo tipo b (b_p e b_n) do bc₁ e b₆f, e o grupo [2Fe-2S] da proteína de Rieske. Os outros tres grupos prostéticos atópanse no citocromo b₆f, e son: clorofila a, β-caroteno, e hemo c_n (tamén chamado hemo x).^[4]

Funcións

Na fotosíntese, o complexo do citocromo b₆f funciona mediando a transferencia de electróns entre os dous complexos dos centros de reacción fotosintéticos, desde o fotosistema II ao fotosistema I, á vez que transfire protóns desde o estroma do cloroplasto ao lume dos tilacoides traídos polas plastoquinonas/plastoquinol.^[12] O transporte de electróns por medio do citocromo b₆f é responsable da creación do gradiente de protóns que impulsa a síntese de ATP nos cloroplastos (fotofosforilación acíclica).^[3]

Noutra reacción diferente, o complexo do citocromo b₆f xoga un papel central na fotofosforilación cíclica, na cal o NADP⁺ non acepta os electróns da ferredoxina reducida.^[1] Á vez que transporta electróns, o complexo do citocromo b6f transfire protóns (traídos polas plastoquinonas/plastoquinol) desde o estroma do cloroplasto a través da membrana do tilacoide ata o lume tilacoidal. Este ciclo dá lugar á creación dun gradiente de protóns polo citocromo b₆f, que se pode utilizar para impulsar a síntese de ATP. Este ciclo é esencial no conxunto da fotosíntese,^[13] xa que se cre que axuda a manter na produción da fase luminosa unha proporción axeitada de ATP/NADPH para a fixación do carbono na fase escura.^[14][15]

Mecanismo de reacción

O complexo do citocromo b₆f é responsable da "fotofosforilación acíclica" (1) e da "fotofosforilacion cíclica" (2), na que se transfiren electróns entre dous transportadores redox móbiles, o plastoquinol (QH₂ ou PQH₂) e a plastocianina (Pc):

H2O

→

fotosistema II

→

QH2

→

Cyt b6f

→

Pc

→

fotosistema I

→

NADPH

(1)

QH2

→

Cyt b6f

→

Pc

→

fotosistema I

→

Q

(2)

O citocromo b₆f cataliza a transferencia de electróns do plastoquinol á plastocianina, á vez que bombea protóns desde o estroma ao lume tilacoidal:

QH₂ + 2Pc(Cu²⁺) + 2H⁺ (estroma) → Q + 2Pc(Cu⁺) + 4H⁺ (lume)^[1]

Esta reacción ocorre por medio do chamado ciclo Q (igual ca no complexo III mitocondrial).^[16] A plastoquinona actúa como o transportador de electróns, transferindo os seus dous electróns a unha cadea de transportadores de electróns de alto e baixo potencial por medio dun mecanismo chamado bifurcación de electróns.^[17]

Ciclo Q

Ciclo Q do citocromo b₆f.

Primeira parte do ciclo Q

1. O QH₂ (plastoquinol) únese ao lado luminal ou "p" (positivo) do complexo. É oxidado a semiquinona (SQ) polo centro ferro-sulfurado (centro de transporte electrónico de alto potencial) e libera dous protóns no lume tilacoidal.
2. O centro ferro-sulfurado reducido transfire o seu electrón a través do citocromo f á plastocianina (Pc).
3. No centro de transporte electrónico de baixo potencial a SQ transfire o seu electrón ao hemo b_p do citocromo b6.
4. O hemo b_p transfire entón o electrón ao hemo b_n.
5. O hemo b_n reduce a plastoquinona (Q) cun electrón para formar a SQ.

Segunda metade do ciclo Q

1. Un segundo plastoquinol (QH₂) únese ao complexo.
2. No centro de transporte electrónico de alto potencial un electrón reduce outra Pc oxidada.
3. No centro de transporte electrónico de baixo potencial, o electrón procedente do hemo b_n é transferido á SQ, e a Q^2- completamente reducida capta dous protóns do estroma para formar QH₂.
4. A Q (oxidada) e a QH₂ (reducida) que foron rexeneradas difunden na membrana.

Transferencia cíclica de electróns

A diferenza do complexo III mitocondrial, o citocromo b₆f cataliza outra reacción de transferencia de electróns que é central para a fotofosforilación cíclica. O electrón procedente da ferredoxina (Fd) transfírese á plastoquinona e despois o complexo do citocromo b₆f reduce a plastocianina, a cal é reoxidada polo P700 do fotosistema I.^[18] O mecanismo exacto de como a plastoquinona é reducida pola ferredoxina aínda está a investigarse. Unha proposta é que alí existe unha ferredoxina:plastoquinona-redutase ou unha NADP deshidroxenase.^[18] Como parece que non se require o hemo x para que se realice o ciclo Q e non se atopa no complexo III,^[12] propúxose que para a fotofosforilación cíclica se utiliza o seguinte mecanismo:^[17][19]

1. Fd (red.) + hemo x (ox.) → Fd (ox.) + hemo x (red.)
2. hemo x (red.) + Fd (red.) + Q + 2H⁺ → hemo x (ox.) + Fd (ox.) + QH₂