Fotosistema II

O fotosistema II (FSII ou PSII polas súas siglas en inglés) ou auga-plastoquinona oxidorredutase é o primeiro complexo proteico das reaccións luminosas da fotosíntese oxixénica. Está localizado na membrana dos tilacoides de plantas, algas e cianobacterias. Neste fotosistema uns encimas capturan fotóns de luz para enerxizar electróns que son transferidos a través de diversos coencimas e cofactores para reducir a plastoquinona a plastoquinol. Os electróns enerxizados son recuperados a partir da oxidación da auga, na que se forman ditos electróns xunto con ións hidróxeno e oxíxeno molecular.
Ao repoñer os electróns perdidos con electróns procedentes da escisión da auga, o fotosistema II proporciona os electróns para que toda a fotosíntese poida ter lugar. Os ións hidróxeno (protóns) xerados pola oxidación da auga axudan a crear un gradiente de protóns que se utiliza para a síntese de ATP, na que se xera a molécula enerxética ATP. Os electróns enerxizados transferidos á plastoquinona son finalmente utilizados para reducir o NADP+ a NADPH ou son utilizados no fluxo electrónico non cíclico. Unha substancia química chamada DCMU utilízase con frecuencia nos laboratorios para inhibir a fotosíntese. Cando está presente, a DCMU inhibe o fluxo de electróns desde o fotosistema II á plastoquinona. Estrutura do complexo
O núcleo central do fotosistema II consiste nun heterodímero pseudosimétrico de dúas proteínas homólogas, D1 e D2. A diferenza dos centros de reacción de todos os outros fotosistemas, nos cales a carga positiva situada no dímero de clorofila que sofre a separación de cargas fotoinducida inicial é compartida por igual polos dous monómeros, no fotosistema II intacto a carga está principalmente localizada nun dos centros de clorofila (cunha probabilidade do 70−80%). Debido a isto, o P680+ é moi oxidante e pode tomar parte na escisión da auga.
O fotosistema II de cianobacterias e plantas verdes está composto dunhas 20 subunidades (dependendo do organismo) así como outras proteínas captadoras de luz accesorias. Cada fotosistema II contén polo menos 99 cofactores: 35 moléculas de clorofila a, 12 de beta-caroteno, dúas de feofitina, dúas de plastoquinona, dous hemos, un bicarbonato, 20 lípidos, o grupo Mn4CaO5 (incluíndo dous ións cloruro), un Fe2+ non hémico e dous posibles ións Ca2+ por monómero. Obtivéronse varias estruturas cristalinas do fotosistema II. Os códigos de acceso de PDB para esta proteína son PDB 3WU2, PDB 3BZ1, PDB 3BZ2 (3BZ1 e 3BZ2 son estruturas monómeras do dímero do fotosistema II), PDB 2AXT, PDB 1S5L, PDB 1W5C, PDB 1ILX, PDB 1FE1, PDB 1IZL. Complexo evolucionador do oxíxeno (OEC)
O complexo evolucionador do oxíxeno (OEC, oxygen-evolving complex), tamén chamado complexo escindidior da auga ou complexo liberador de oxíxeno, é o sitio onde ten lugar a oxidación da auga. É un agrupamento metalo-oxo que contén catro ións manganeso (en estados de oxidación de +3 a +4) e un ión de calcio divalente. Cando oxida a auga, producindo gas oxíxeno e protóns, cede secuencialmente catro electróns da auga á cadea lateral da tirosina (D1-Y161) e despois ao propio P680. Está composto de tres subunidades proteicas, OEE1 (PsbO), OEE2 (PsbP) e OEE3 (PsbQ); un cuarto péptido PsbR está asociado nas proximidades.
O primeiro modelo estrutural do complexo evolucionador do oxíxeno foi resolto usando cristalografía de raios X de cristais proteicos conxelados cunha resolución de 3, 8 Å en 2001. Nos seguintes anos a resolución do modelo foi gradualmente incrementándose ata os 2, 9 Å. Aínda que a obtención destas estruturas foi unha gran fazaña, non mostraban o complexo con todos os detalles. En 2011 conseguiuse resolvela a un nivel de 1, 9 Å, revelando que cinco átomos de oxíxeno funcionaban como pontes oxo que ligaban cinco átomos metálicos e catro moléculas de auga unidas ao agrupamento Mn4CaO5; atopáronse máis de 1. 300 moléculas de auga en cada monómero do fotosistema II, algunhas formando amplas redes para a unión do hidróxeno, que podían sevir como canles para os protóns, a auga ou o oxíxeno. Nese estadio da investigación, suxeriuse que as estruturas obtidas por cristalografía de raios X estaban nesgadas, xa que había probas de que os átomos de manganeso eran reducidos pola alta intensidade dos raios X utilizados, alterando a estrutura observada do OEC. Isto incentivou aos investigadores a levar os seus cristais a diferentes dispositivos de raios X, chamados láseres de electróns libres de raios X, como o SLAC nos EUA. En 2014 confirmouse a estrutura observada en 2011. Coñecer a estrutura do fotosistema II non é dabondo para revelar como funciona exactamente. Así que agora empezou a carreira para resolver a estrutura do fotosistema II en diferentes etapas do seu ciclo de funcionamento (explicado máis abaixo). As estruturas actuais dos estados S1 e S3 publicáronse case simultaneamente por dous grupos diferentes, mostrando a adición dunha molécula de oxíxeno designada O6 entre Mn1 e Mn4, suxerindo que este debe ser o sitio do OEC onde se produce o oxíxeno. Escisión da molécula de auga
A escisión fotosintética da auga (ou evolución do oxíxeno) é unha das reaccións máis importantes do noso planeta, xa que é a fonte de case todo o oxíxeno atmosférico. Ademais, a escisión da auga fotosintética artificial pode contribuír a un uso efectivo da luz solar como unha fonte de enerxía alternativa.
O mecanismo da oxidación da auga compréndese en substancial detalle. Para a oxidación da auga a oxíxeno molecular cómpre a extracción de catro electróns e catro protóns de dúas moléculas de auga. As evidencias experimentais de que se libera oxíxeno por medio dunha reacción cíclica que ten lugar no complexo evolucionador do oxíxeno (OEC) no fotosistema II proporcionáronas Pierre Joliot et al. Eles demostraron que se o material fotosintético adaptado á escuridade (en plantas superiores, algas e cianobacterias) se expón a unha serie de flashes de luz, detéctase a evolución do oxíxeno cunha oscilación amortecida de período catro típica con máximos no terceiro e sétimo flashes e con mínimos no primeiro e quinto flashes (para unha "revisión" sobre o tema ver). Baseándolse neste experimento, Bessel Kok e colegas introduciron un ciclo de cinco transicións inducidas por flashes de luz que comprendía os denominados estados S, describindo os catro estados redox do OEC. Cando se almacenaron os catro equivalentes de oxidación (no estado S4), o OEC volve ao seu estado básico S0. En ausencia de luz, o OEC vaise "relaxar" ao estado S1; o estado S1 adoita describirse como "estable na escuridade". O estado S1 considérase que consiste en ións manganeso cuns estados de oxidación de Mn3+, Mn3+, Mn4+, Mn4+. Finalmente, os estados S intermedios foron propostos por Jablonsky e Lazar como mecanismos regulatorios e ligazóns entre os estados S e a tirosina Z.
En 2012 Renger expresou a idea de que había cambios internos nas moléculas de auga en óxidos típicos en diferentes estados S durante a escisión da auga. Inhibidores
Os inhibidores do PSII utilízanse como herbicidas. Hai dúas familias químicas principais, as triazinas derivadas do cloruro cianúrico das cales a atrazina e a simazina son os que máis se usan, e as aril ureas, que inclúen o chlortoluron e o diuron (DCMU).