Пластохинон ( PQ ) — это терпеноидно - хиноновая ( меротерпеноидная ) молекула, участвующая в цепи переноса электронов в светозависимых реакциях фотосинтеза . Наиболее распространенная форма пластохинона, известная как PQ-A или PQ-9, представляет собой молекулу 2,3-диметил-1,4- бензохинона с боковой цепью из девяти изопренильных единиц. Существуют и другие формы пластохинона, например , с более короткими боковыми цепями, такими как PQ-3 (которая имеет 3 изопренильных боковых единицы вместо 9), а также аналоги, такие как PQ-B, PQ-C и PQ-D, которые отличаются своими боковыми цепями. [1] Бензохиноновые и изопренильные единицы являются неполярными , закрепляя молекулу во внутренней части липидного бислоя , где обычно находятся гидрофобные хвосты. [1]
Пластохиноны структурно очень похожи на убихинон, или кофермент Q10 , отличаясь длиной изопренильной боковой цепи, заменой метоксигрупп на метильные группы и удалением метильной группы в положении 2 хинона. Как и убихинон, он может находиться в нескольких степенях окисления: пластохинон, пластосемихинон (нестабильный) и пластохинол , который отличается от пластохинона наличием двух гидроксильных групп вместо двух карбонильных групп . [2]
Пластохинол, восстановленная форма, также действует как антиоксидант, снижая количество активных форм кислорода , некоторые из которых производятся в результате фотосинтетических реакций, которые могут повредить клеточную мембрану. [3] Одним из примеров того, как он это делает, является реакция с супероксидами с образованием перекиси водорода и пластосемихинона. [3]
Приставка «пласто-» означает либо пластиду , либо хлоропласт , намекая на его расположение внутри клетки. [4]
Роль, которую пластохинон играет в фотосинтезе, а точнее в светозависимых реакциях фотосинтеза, заключается в том, что он является переносчиком мобильных электронов через мембрану тилакоида . [ 2]
Пластохинон восстанавливается, когда он принимает два электрона от фотосистемы II и два катиона водорода (H + ) из стромы хлоропласта, тем самым образуя пластохинол (PQH 2 ). Он переносит электроны дальше по цепи переноса электронов к пластоцианину , мобильному, водорастворимому переносчику электронов, через комплекс белка цитохрома b 6 f . [2] Комплекс белка цитохрома b 6 f катализирует перенос электронов между пластохиноном и пластоцианином, но также переносит два протона в просвет тилакоидных дисков . [2] Этот перенос протонов образует электрохимический градиент, который используется АТФ-синтазой в конце светозависимых реакций для образования АТФ из АДФ и Pi . [ 2]
Пластохинон находится в фотосистеме II в двух специфических местах связывания, известных как Q A и Q B . Пластохинон в Q A , первичном месте связывания, связан очень прочно по сравнению с пластохиноном в Q B , вторичном месте связывания, который гораздо легче удалить. [5] Q A переносит только один электрон, поэтому ему приходится передавать электрон в Q B дважды, прежде чем Q B сможет забрать два протона из стромы и быть замененным другой молекулой пластохинона. Затем протонированный Q B присоединяется к пулу свободных молекул пластохинона в мембране тилакоида. [2] [5] Свободные молекулы пластохинона в конечном итоге переносят электроны на водорастворимый пластоцианин, чтобы продолжить светозависимые реакции. [2] В фотосистеме II есть дополнительные места связывания пластохинона (Q C и, возможно, Q D ), но их функция и/или существование полностью не выяснены. [5]
P-гидроксифенилпируват синтезируется из тирозина , в то время как соланезилдифосфат синтезируется через путь MEP/DOXP . Гомогентисат образуется из p-гидроксифенилпирувата и затем соединяется с соланезилдифосфатом через реакцию конденсации . Полученный промежуточный продукт, 2-метил-6-соланезил-1,4-бензохинол, затем метилируется с образованием конечного продукта, пластохинола-9. [1] Этот путь используется в большинстве фотосинтезирующих организмов, таких как водоросли и растения. [1] Однако цианобактерии , по-видимому, не используют гомогентисат для синтеза пластохинола, что, возможно, приводит к пути, отличному от показанного ниже. [1]
Некоторые производные, которые были разработаны для проникновения через мембраны митохондриальных клеток ( SkQ1 (пластохинонил-децил-трифенилфосфоний), SkQR1 ( родамин -содержащий аналог SkQ1), SkQ3) обладают антиоксидантной и протонофорной активностью. [6] SkQ1 был предложен в качестве средства против старения с возможным уменьшением возрастных проблем со зрением из-за его антиоксидантной способности. [7] [8] [9] Эта антиоксидантная способность является результатом как его антиоксидантной способности уменьшать активные формы кислорода (полученные из части молекулы, содержащей пластохинонол), которые часто образуются внутри митохондрий, так и его способности увеличивать ионный обмен через мембраны (полученные из части молекулы, содержащей катионы, которые могут растворяться внутри мембран). [9] В частности, как и пластохинол, SkQ1, как было показано, удаляет супероксиды как внутри клеток (in vivo), так и за пределами клеток (in vitro). [10] SkQR1 и SkQ1 также были предложены в качестве возможного способа лечения проблем с мозгом, таких как болезнь Альцгеймера, из-за их способности потенциально исправлять повреждения, вызванные бета-амилоидом . [9] Кроме того, SkQR1 был показан как способ уменьшения проблем, вызванных травмой мозга, благодаря его антиоксидантным свойствам, которые помогают предотвратить сигналы гибели клеток за счет снижения количества активных форм кислорода, поступающих из митохондрий. [11]