El complejo generador de oxígeno (OEC), también conocido como complejo de división del agua , es el cofactor de la enzima fotosistema II y el sitio de la fotooxidación del agua durante las reacciones lumínicas de la fotosíntesis . [2] El OEC está rodeado por cuatro subunidades de proteínas centrales del fotosistema II en la interfaz membrana-luz. [3] Los electrones extraídos de dos moléculas de agua junto con cuatro protones producen una molécula de O 2 singular . [3]La maquinaria molecular para diseccionar agua requiere la capacidad de almacenar energía de los primeros tres fotones antes de que el cuarto proporcione energía suficiente para la oxidación del agua . [4] Luego, el OEC transfiere cuatro electrones, uno a la vez, al fotosistema II a través de un residuo de tirosina en el centro de reacción. [4] Basado en una teoría ampliamente aceptada de 1970 por Bessel Kok, el complejo puede existir en cinco estados: S 0 a S 4 . S 4 es el más oxidado y S 0 el más reducido. Los fotones atrapados por el fotosistema II mueven el sistema del estado S 0 al S 4 . S4 es inestable y reacciona con el agua produciendo oxígeno libre . Para que el complejo se restablezca al estado más bajo, S 0 , utiliza dos moléculas de agua para extraer cuatro electrones . [3]
La OEC está compuesta por tres subunidades de proteínas, OEE1 (PsbO), OEE2 (PsbP) y OEE3 (PsbQ); un cuarto péptido PsbR está asociado cerca. La OEC parece tener un núcleo de metaloenzima que contiene manganeso y calcio , con la fórmula empírica para el núcleo inorgánico de Mn 4 Ca 1 O x Cl 1–2 (HCO 3 ) y . Este grupo está coordinado por subunidades D 1 y CP 43 y estabilizado por proteínas de membrana periférica . [3] Se han revisado otras características del mismo; ver [5]
Actualmente, el mecanismo del complejo no se comprende completamente. [6] Se desconoce el orden exacto en el que se produce la oxidación del manganeso a través del ciclo de Kok fotoinducido. [3] Junto con el papel del Ca +2 , Cl- 1 y las proteínas de la membrana que rodean el grupo de metales no se comprende bien. Gran parte de lo que se conoce se ha recopilado de experimentos flash, EPR y espectroscopía de rayos X. [7]
Se sugiere que la evolución de la OEC fue provocada por la presencia de los minerales que contienen manganeso rancieita y hollandita en los océanos primitivos. Se presume que los minerales fueron asimilados por las primeras cianobacterias , que los han incorporado en el centro activo del complejo.
Para determinar más sobre la estructura, la mayoría de las investigaciones se enfocan en crear dímeros de núcleo de manganeso en varios estados de protonación y comparar los datos resultantes con el comportamiento observado del complejo. [8]
Localización
La OEC solo se encuentra en cloroplastos y cianobacterias . Dentro de los cloroplastos, el OEC se inserta en la membrana tilacoide , compuesta por tilacoides granales y tilacoides estromales. [4]
Referencias
- ^ Umena, Yasufumi; Kawakami, Keisuke; Shen, Jian-Ren; Kamiya, Nobuo (mayo de 2011). "Estructura cristalina del fotosistema II de evolución de oxígeno a una resolución de 1,9 Å" (PDF) . Naturaleza . 473 (7345): 55–60. doi : 10.1038 / nature09913 . PMID 21499260 .
- ^ Raymond, J .; Blankenship, R. (2008). "El origen del complejo generador de oxígeno". Revisiones de química de coordinación . 252 (3–4): 377–383. doi : 10.1016 / j.ccr.2007.08.026 .
- ^ a b c d e Amin, Muhamed. "Perspectivas computacionales sobre el complejo evolutivo de oxígeno del fotosistema II" .
- ^ a b c Johnson, James. "El origen de la vida - el surgimiento del complejo evolutivo de oxígeno" . www.chm.bris.ac.uk . Universidad de Florida . Consultado el 30 de abril de 2020 .
- ^ Resumen: Manganeso: el complejo y los modelos que evolucionan el oxígeno1: Enciclopedia de la química inorgánica: Wiley InterScience
- ^ Yano, Junko; Kern, Jan; Yachandra, Vittal K .; Nilsson, Håkan; Koroidov, Sergey; Messinger, Johannes (2015). "Capítulo 2, Sección 2 Estructura geométrica y electrónica del clúster Mn 4 CaO 5 ". En Peter MH Kroneck y Martha E. Sosa Torres (ed.). Sostener la vida en el planeta Tierra: metaloenzimas que dominan el dioxígeno y otros gases masticables . Iones metálicos en ciencias de la vida. 15 . Saltador. págs. 13–43. doi : 10.1007 / 978-3-319-12415-5_2 . ISBN 978-3-319-12414-8. PMC 4688042 . PMID 25707465 .
- ^ Kok, B .; Forbush, B .; McGloin, M. (1970). "Cooperación de cargas en la evolución fotosintética de O2. I. Un mecanismo lineal de cuatro pasos". Photochem. Photobiol . 11 (6): 467–475. doi : 10.1111 / j.1751-1097.1970.tb06017.x . PMID 5456273 .
- ^ Cooper, Daniel Steven (2009). Hacia modelos para el centro de evolución de oxígeno del fotosistema II y análisis de metales ácidos de Lewis dentro de nuevos derivados salen (tesis doctoral). Universidad de Cardiff.
Otras lecturas
- 'Life Ascending' de Nick Lane, Profile Books 2009; págs. 83–87 - describe una posible ruta para la evolución de la OEC.