CINETICA DEL TRASFERIMENTO DI ELETTRONI DAL CITOCROMO C AL CENTRO
DI REAZIONE FOTOSINTETICO BATTERICO: EFFETTO DELL'ESOTERMICITA' E
DELLA TEMPERATURA
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J. P. Allen , F. Drepper , M. La Deda3, X. Lin1, P. Mathis2, G. Venturoli3 e J. C. Williams1
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Department of Chemistry and Biochemistry and Center for the Study of Early Events in Photosynthesis, Arizona
State University, Tempe, USA; 2DBCM, Section de Bioénergétique, CEA Saclay, Gif-sur-Yvette Cedex, France;
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Dipartimento di Biologia, Università di Bologna, Bologna, Italia
Le reazioni di trasferimento elettronico tra gruppi prostetici di complessi multiproteici stabili o temporanei
sono alla base della trasduzione di energia libera nella fotosintesi e nella respirazione. In questi processi la
funzione biologica è in gran parte determinata dalla velocità delle singole reazioni che compongono la catena di
trasporto elettronico. Per il trasferimento elettronico non adiabatico tra centri redox a distanza fissa sono stati
sviluppati negli ultimi decenni modelli teorici che trattano a diversi livelli di approssimazione e complesità sia il
tunneling dell'elettrone che l'accoppiamento con il moto nucleare, considerato in approssimazione classica
(Marcus & Sutin, Biochim. Biophys. Acta 811:265, 1985) o comprendente un numero arbitrario di modi
vibrazionali quantizzati (Jortner, J.Chem.Phys. 64: 4860,1976). I modelli prevedono specifiche dipendenze della
costante di velocità k da parametri strutturali (distanza e orientamento relatico dei centri redox, mezzo
interposto) e termodinamici (temperatura T, esotermicità (-∆Go), energia di riorganizzazione λ, frequenza dei
modi vibrazionali accoppiati).
La reazione tra il citocromo (cit) c2 e il donatore primario (P) fotossidato del centro di reazione (RC)
fotosintetico batterico offre vantaggi peculiari nello studio del trasfrerimento elettronico tra una piccola proteina
solubile ed un complesso redox multiproteico. La cinetica della reazione, studiata mediante spettroscopia di
assorbimento a laser nel vicino infrarosso, rivela la coesistenza di un processo collisionale tra i partner redox
dissociati e di un trasferimento elettronico di primo ordine all'interno di un complesso RC-cit c2 preformato
(Venturoli et al, Biochem. 32:13245, 1993). La costante di velocità del processo monomolecolare è stata
misurata al variare della temperatura (240K<T<300K) e della esotermicità (65meV<-∆Go<420 meV ), usando
RC purificati da una serie di mutanti sito specifici di Rhodobacter sphaeroides, caratterizzati da alterati valori
del potenziale redox della coppia P+/P. A tutte le temperature, all'aumentare di -∆Go su questo intervallo, k
aumenta per più di due ordini di grandezza. La dipendenza di k da T e da ∆Go è ben descritta dal modello
semiclassico di Marcus. L'analisi globale fornisce una energia di riorganizzazione λ=0.96±0.07 eV ed una serie
di elementi di matrice di tunneling elettronico, specifici per ogni mutante, variati fra 1.2 10-4 eV e 2.5 10-4 eV.
L'analisi in termini del modello di Jortner restringe i modi vibrazionali accoppiati a frequenze inferiori a ∼200
cm-1, suggerendo un sostanziale contributo del mezzo proteico e del solvente alla riorganizzazione. I valori
ottenuti per i termini di accoppiamento elettronico sono compatibili con una distanza tra i centri redox di 10-11Å
e alla luce dei dati strutturali disponibili per il complesso RC-cit c2 suggeriscono possibili percorsi di tunneling.
