Redes de agua funcionales en el fotosistema totalmente hidratado II

Área de la Ciencia:

• La bioquímica
• Biología estructural
• Investigación de la fotosíntesis

Sus antecedentes:

• Los canales de agua en el fotosistema II (PSII) son vitales para su estructura y función, controlando la entrega de sustratos y la transferencia de protones.
• Los modelos cristalográficos existentes pueden no representar con precisión la hidratación del PSII debido a la deshidratación y a limitaciones técnicas.

Objetivo del estudio:

• Para simular la estructura de hidratación fisiológica de las cianobacterias PSII utilizando dinámica molecular avanzada.
• Identificar y caracterizar canales y redes de agua en un modelo PSII totalmente hidratado.
• Reevaluar la exactitud de los modelos cristalográficos actuales de la PSII con respecto a la hidratación.

Principales métodos:

• Simulaciones de dinámica molecular de todos los átomos a gran escala y sin restricciones en un modelo PSII cianobacteriano.
• Procedimiento completo de hidratación para lograr la representación fisiológica del agua.
• Análisis de canales de agua estáticos y dinámicos en ambos lados del donante y del aceptador de electrones.

Principales resultados:

• Los modelos cristalográficos de PSII se encuentran significativamente deshidratados, especialmente los de la cristalografía láser de electrones libres de rayos X (XFEL).
• Se generó una representación completamente hidratada de PSII cianobacteriano, revelando canales de agua extensos.
• Se identificó un nuevo sistema de canales en el lado del aceptor, crucial para la reducción de la plastoquinona Q_B, y está ausente en los modelos actuales.

Conclusiones:

• Los modelos cristalográficos actuales de PSII requieren una reevaluación debido a los artefactos de deshidratación.
• Los canales de agua identificados, incluidos los transitorios, son esenciales para comprender la función de PSII, en particular la transferencia de electrones y protones.
• Este trabajo proporciona una base para nuevos conocimientos sobre la estructura y la función de la PSII basados en la hidratación fisiológicamente relevante.