PLASTOQUINONE: CLASSIFICATIE, CHEMISCHE STRUCTUUR EN FUNCTIES - BIOLOGIE - 2026

De plastochinon ( PQ ) een lipide organisch molecuul, in het bijzonder een isoprenoïde familie van chinonen. In feite is het een zijketen meervoudig onverzadigd derivaat van chinon dat deelneemt aan fotosysteem II van fotosynthese.

Gelegen in het thylakoïde membraan van chloroplasten, heeft het een apolair karakter en is het zeer actief op moleculair niveau. De naam van plastoquinone is inderdaad afgeleid van zijn locatie in de chloroplasten van hogere planten.

Thylakoid-membraan. Door Tameeria op Wikipédia anglais, via Wikimedia Commons

Tijdens fotosynthese wordt zonnestraling opgevangen in het FS-II-systeem door chlorofyl P-680 en vervolgens geoxideerd door een elektron vrij te geven. Dit elektron stijgt naar een hoger energieniveau, dat wordt opgepikt door het kiezersacceptormolecuul: plastoquinone (PQ).

Plastoquinonen maken deel uit van de fotosynthetische elektronentransportketen. Ze zijn de plaats van integratie van verschillende signalen en een sleutelelement in de reactie van RSp31 op licht. Er zijn ongeveer 10 PQ's per FS-II die worden verminderd en geoxideerd volgens de functionele toestand van het fotosynthetische apparaat.

Daarom worden de elektronen overgebracht via een transportketen waarin verschillende cytochromen betrokken zijn, om later plastocyanine (PC) te bereiken, dat de elektronen zal geven aan chlorofylmoleculen van FS-I.

Classificatie

Plastoquinone (C ₅₅ H ₈₀ O ₂ ) is een molecuul dat is geassocieerd met een benzeenring (chinon). Specifiek is het een isomeer van cyclohexadion, gekenmerkt doordat het een aromatische verbinding is die wordt gedifferentieerd door zijn redoxpotentiaal.

Chinonen zijn gegroepeerd op basis van hun structuur en eigenschappen. Binnen deze groep worden benzoquinonen gedifferentieerd, gegenereerd door de oxygenatie van hydrochinonen. De isomeren van dit molecuul zijn ortho-benzochinon en para-benzochinon.

Anderzijds lijkt plastoquinon op ubiquinon, omdat ze tot de benzoquinonfamilie behoren. In dit geval dienen beide als elektronenacceptoren in transportketens tijdens fotosynthese en anaërobe ademhaling.

Geassocieerd met zijn lipidenstatus, wordt het ingedeeld in de terpenenfamilie. Dat wil zeggen, die lipiden waaruit plantaardige en dierlijke pigmenten bestaan, die kleur geven aan cellen.

Chemische structuur

Plastoquinone bestaat uit een actieve benzeen-chinonring die is geassocieerd met een zijketen van een polyisoprenoïde. In feite is de hexagonale aromatische ring verbonden met twee zuurstofmoleculen via dubbele bindingen op de C-1- en C-4-koolstofatomen.

Dit element heeft de zijketen en is samengesteld uit negen isoprenen die met elkaar zijn verbonden. Bijgevolg is het een polyterpeen of isoprenoïde, dat wil zeggen koolwaterstofpolymeren met vijf koolstofatomen isopreen (2-methyl-1,3-butadieen).

Evenzo is het een geprenyleerd molecuul dat hechting aan celmembranen vergemakkelijkt, vergelijkbaar met lipide-ankers. In dit opzicht is een hydrofobe groep toegevoegd aan zijn alkylketen (methylgroep CH3 vertakt op positie R3 en R4).

-Biosynthese

Tijdens het fotosyntheseproces wordt plastoquinon continu gesynthetiseerd vanwege de korte levenscyclus. Studies met plantencellen hebben aangetoond dat dit molecuul tussen de 15 en 30 uur actief blijft.

De biosynthese van plastochinon is inderdaad een zeer complex proces, waarbij tot 35 enzymen zijn betrokken. Biosynthese kent twee fasen: de eerste vindt plaats in de benzeenring en de tweede in de zijketens.

Begin fase

In de beginfase wordt de synthese van de chinon-benzeenring en de prenylketen uitgevoerd. De ring verkregen uit tyrosines en prenylzijketens is het resultaat van glyceraldehyde-3-fosfaat en pyruvaat.

Op basis van de grootte van de polyisoprenoïdeketen wordt het type plastochinon bepaald.

Ringcondensatiereactie met zijketens

De volgende fase omvat de condensatiereactie van de ring met de zijketens.

Homogentistic acid (HGA) is de voorloper van de benzeen-chinonring, die wordt gesynthetiseerd uit tyrosine, een proces dat plaatsvindt dankzij de katalyse van het enzym tyrosine-aminotransferase.

Prenylzijketens zijn van hun kant afkomstig uit de methylerythritolfosfaat (MEP) -route. Deze ketens worden gekatalyseerd door het enzym solanesyldifosfaatsynthetase om solanesyldifosfaat (SPP) te vormen.

Methylerythritolfosfaat (MEP) vormt een metabole route voor de biosynthese van isoprenoïden. Na de vorming van beide verbindingen vindt de condensatie van homogenistisch zuur plaats met de solanesyldifosfaatketen, een reactie die wordt gekatalyseerd door het enzym homogentistate solanesyl-transferase (HST).

2-dimethylplastochinon

Ten slotte ontstaat een verbinding genaamd 2-dimethyl-plastoquinone, die later met tussenkomst van het enzym methyl-transferase als eindproduct kan worden verkregen: plastoquinon.

Kenmerken

Plastoquinonen zijn betrokken bij fotosynthese, een proces dat plaatsvindt met tussenkomst van energie uit zonlicht, resulterend in energierijke organische stof door de transformatie van een anorganisch substraat.

Lichte fase (PS-II)

De functie van plastoquinon hangt samen met de lichte fase (PS-II) van het fotosyntheseproces. De plastoquinon-moleculen die deelnemen aan elektronenoverdracht worden QA en Q B genoemd.

In dit opzicht is fotosysteem II (PS-II) een complex genaamd water-plastoquinonoxide-reductase, waar twee fundamentele processen worden uitgevoerd. De oxidatie van water wordt enzymatisch gekatalyseerd en er vindt reductie van plastochinon plaats. Bij deze activiteit worden fotonen met een golflengte van 680 nm geabsorbeerd.

De QA- en QB-moleculen verschillen in de manier waarop ze elektronen overdragen en de snelheid van de overdracht. Ook vanwege het type binding (bindingsplaats) met fotosysteem II. QA is naar verluidt het vaste plastoquinon en QB is het mobiele plastoquinon.

QA is tenslotte de bindingszone van het fotosysteem II die de twee elektronen accepteert in een tijdvariatie tussen 200 en 600 us. In plaats daarvan heeft QB het vermogen om zich te binden aan en los te laten van fotosysteem II, waarbij elektronen worden geaccepteerd en overgedragen naar het cytochroom.

Op moleculair niveau, wanneer QB wordt verminderd, wordt het uitgewisseld voor een andere van de reeks vrije plastochinonen in het thylakoïdmembraan. Tussen QA en QB bevindt zich een niet-ionisch Fe-atoom (Fe ⁺² ) dat deelneemt aan het elektronische transport tussen hen.

Samengevat heeft QB een wisselwerking met aminozuurresiduen in het reactiecentrum. Op deze manier krijgen QA en QB een groot verschil in de redoxpotentialen.

Omdat QB losser aan het membraan is gebonden, kan het bovendien gemakkelijk worden gescheiden door het te reduceren tot QH 2. In deze toestand is het in staat om hoogenergetische elektronen die van QA worden ontvangen, over te brengen naar het cytochroom bc1-complex 8.

Referenties

1. González, Carlos (2015) Fotosynthese. Opgehaald op: botanica.cnba.uba.ar
2. Pérez-Urria Carril, Elena (2009) Fotosynthese: basisaspecten. Reduca (biologie). Plantenfysiologie Series. 2 (3): 1-47. ISSN: 1989-3620
3. Petrillo, Ezequiel (2011) Regulatie van alternatieve splitsing in planten. Effecten van licht door retrograde signalen en van het PRMT5-eiwit methyltransferase.
4. Sotelo Ailin (2014) Fotosynthese. Faculteit Exacte, Natuurwetenschappen en Landmeten. Leerstoel Plantenfysiologie (Studiegids).