Identificación de regiones isofuncionales en el citocromo c6 y en la plastocianina

Abstract

Una de las líneas de investigación mas intereses de la bioquímica contemporánea es el estudio de la relación entre la estructura y la función de las macromoléculas biológicas, o reconocimiento molecular. Como sistema objeto de este estudio, se ha escogido el citocromo c6(Cit) y la plastocianina (Pc), dos proteínas con estructuras diferentes pero con idéntica función, cual es transportar electrones entre los complejos de membrana citocromo b6-f y fotosistema I(PSI). La conexión entre ambos complejos la realiza una metaloproteina soluble, que puede ser la Pc en plantas o el Cit en cianobacterias, aunque existen algas verdes (Eucarióticas) y otras cianobacterias capaces de sintetizar tanto Pc como Cit. La siguiente pregunta se plantea de inmediato: ¿Por qué el Cit se ha visto desplazado por la Pc durante el curso evolutivo? Cit y Pc consituyen un excelente ejemplo para el estudio de la evolución biológica a nivel molecular. Ambas proteínas poseen propiedades bioquímicas similares, y exhiben un mecanismo de reacción con el PSI distinto de un organismo a otro pero similar dentro de un mismo organismo. En este proyecto se han clonado, mutado y expresado en la enterobacteria Excherichia coli los genes que codifican la Pc(p e tE) y el Cit(petJ) de la cianobacteria Anabaena sp. PC 7119. Posteriormente, se ha realizado un estudio estructural y funcional comparado de todas las proteínas recombinantes. Los resultados obtenidos son los siguientes: 1. Se han clonado, secuenciado y expresado correctamente en Escherichia coli los genes petJ y petE de la cianobacteria Anabaena sp PCC 7119. 2. Se ha diseñado un método de superproducción del citocromo c6, cuyo rendimiento ha permitido realizar estudios funcionales y estructurales, así como marcar homogeneamente con 15 N la hemoproteína. 3. El citocromo c6 de Anabaena sp. PCC 7119 posee dos zonas mediante las cuales interacciona con el PSI. La primera es un "área con carga neta positiva", responsable de las interacciones electrostáticas a la larga distancia y de la formación de un complejo electrostrático transitorio con el PSI. La segunda es una "superficie hidrófoba" alrededor del área en la que el grupo hemo es accesible al solvente, responsable de la formación de una interfase de contacto con el PSI que permite que los electrones pasen desde el átomo de hierro del grupo hemo hasta el dímero de clorofilas P700+. 4. La plastocianina de Anabaena sp. PCC7119 posee una "cara hidrófoba, cuya función es crucial para la transferencia de electrones, similar a la de otras plastocianinas. Además, la plastocianina de Anabaena presenta una "cara positiva" , responsable de la interacción electrostática con el PSI, cuya función es equivalente a la de la "cara negativa" de las plastocianinas de otros organismos. 5. Las "áreas hidrófobas y positivas" del citocromo c6 y de la plastocianina son funcionalmente equivalentes. Cada metaloproteína posee un único residuo de arginina, absolutamente conservado en cianobacterias, que es crucial para la reducción eficiente del fotosistema I. 6. El citocromo c6 y la plastocianina interacciona con el citocromo f y con el PSI utilizando las mismas regiones.