Planten kunnen ‛voelen’ dat ze teveel zonlicht krijgen dankzij een eiwit dat op aparte wijze speelt met de zuurconstante van een paar van zijn aminozuren. Dat effect zie je pas als je er gericht naar zoekt, claimen onderzoekers van de Vrije Universiteit Amsterdam in het Journal of Physical Chemistry Letters.

Om precies te zijn gaat het over glutaminezuur, dat overgaat in glutamaat door een proton af te splitsen. PsbS, een eiwit dat zit ingebouwd in zogeheten thylakoïdemembranen in bladgroenkorrels, bevat opvallend veel van deze bouwstenen. In die membranen zit PsbS naast LHC’s, eiwitcomplexen op basis van chlorofyl die zonlicht oogsten. Tot de output van LHC’s behoren eveneens protonen die ze in het lumen pompen, de vloeistof die door het membraan wordt omhuld. Daardoor daalt de pH van dat lumen. En als dat eventjes te hard gaat, bijvoorbeeld doordat de zon ineens achter een wolk vandaan komt, reageert PsbS door een mechanisme in gang te zetten dat de overtollige lichtenergie tijdelijk wegwerkt.

Hoe dat laatste precies werkt, wist dezelfde onderzoeksgroep anderhalf jaar geleden al op te helderen. Dat PbsS erbij betrokken is, was al veel langer bekend. Dat glutaminezuren daarmee te maken hadden werd op zijn minst vermoed: als een mutatie daar een ander aminozuur voor in de plaats zet, holt de effectiviteit achteruit. Het idee is dan dat de aanwezigheid van protonen aan die glutaminezuren de 3D-structuur van het hele eiwit beïnvloedt, en dat die vormverandering de schakelaar is.

Alleen snapte niemand hoe dat chemisch gezien kon. De pH van het lumen beweegt zich tussen 7,5 en 5,7. De pK_a van glutaminezuur, die aangeeft hoe makkelijk protonen zich afsplitsen, ligt in zuiver water rond de 4,3. Dat verschil is te groot: van veranderingen in het lumen zou het zuur vrijwel niets moeten merken.

Bekend is echter dat zo’n pK_a niet meer hoeft te kloppen als een aminozuur zit ingebouwd in een eiwit, en de rest van de bouwstenen het gedrag van de protonen beinvloedt. En Nicoletta Liguori, Roberta Croce en collega’s hebben nu in kaart weten te brengen hoe groot dit effect is bij PbsS. Daarvoor gebruikten ze een simulatietechniek genaamd constant-pH molecular dynamics (CpHMD). Die bepaalt bij constant gehouden pH iteratief hoe gemakkelijk de protonen onder die omstandigheden daadwerkelijk kunnen loskomen.

En dan komt de aap uit de mouw. De zeven glutaminezuurbouwstenen aan de buitenkant van het thylakoïdemembraan (het stroma) vertonen een pK_a die nauwelijks afwijkt van de waarde in zuiver water. Maar bij de acht exemplaren die in het lumen steken, verschuift die pK_a behoorlijk. Bij vijf ervan komt hij in het gebied 5,7 - 7,7 te liggen, en dan hangt de kans dat het proton zich afsplitst inderdaad sterk van de pH van het lumen af.

Wat het effect is op de 3D-structuur van PsbS is nog een beetje gissen, maar de simulaties doen vermoeden dat het eiwit beter ‛past’ op LHC-complexen naarmate de pH lager wordt. Precies wat je zou verwachten, dus.

bron: VU, Journal of Physical Chemistry Letters