PLASTOQUINONE: PHÂN LOẠI, CẤU TRÚC HÓA HỌC VÀ CHỨC NĂNG - SINH HỌC - 2026

Các plastoquinone ( PQ ) là một phân tử hữu cơ lipid, đặc biệt là một gia đình isoprenoid các quinon. Trên thực tế, nó là một dẫn xuất không bão hòa đa chuỗi bên của quinon tham gia vào hệ thống II của quang hợp.

Nằm trong màng thylakoid của lục lạp, nó có đặc điểm là apolar và rất hoạt động ở cấp độ phân tử. Thật vậy, tên của plastoquinone bắt nguồn từ vị trí của nó trong lục lạp của thực vật bậc cao.

Màng thylakoid. Par Tameeria sur Wikipédia anglais, qua Wikimedia Commons

Trong quá trình quang hợp, bức xạ mặt trời được chất diệp lục P-680 thu giữ trong hệ thống FS-II và sau đó bị oxy hóa bằng cách giải phóng một điện tử. Điện tử này tăng lên mức năng lượng cao hơn, được thu nhận bởi phân tử tiếp nhận cử tri: plastoquinone (PQ).

Plastoquinon là một phần của chuỗi vận chuyển điện tử quang hợp. Chúng là nơi tích hợp các tín hiệu khác nhau và là yếu tố then chốt trong phản ứng của RSp31 với ánh sáng. Có khoảng 10 PQ trên mỗi FS-II bị khử và bị oxy hóa tùy theo trạng thái chức năng của bộ máy quang hợp.

Do đó, các điện tử được chuyển qua một chuỗi vận chuyển trong đó có sự tham gia của một số cytochromes, để sau đó đến được plastocyanin (PC), sẽ cung cấp các điện tử cho các phân tử diệp lục của FS-I.

Phân loại

Plastoquinone (C ₅₅ H ₈₀ O ₂ ) là một phân tử liên kết với một vòng benzen (quinone). Cụ thể, nó là một đồng phân của xyclohexadione, được đặc trưng bởi là một hợp chất thơm được phân biệt bởi khả năng oxy hóa khử của nó.

Quinones được phân nhóm dựa trên cấu trúc và đặc tính của chúng. Trong nhóm này, benzoquinon được phân biệt, được tạo ra bởi quá trình oxy hóa hydroquinon. Các đồng phân của phân tử này là ortho-benzoquinone và para-benzoquinone.

Mặt khác, plastoquinone tương tự như ubiquinone, vì chúng thuộc họ benzoquinone. Trong trường hợp này, cả hai đều đóng vai trò như chất nhận electron trong chuỗi vận chuyển trong quá trình quang hợp và hô hấp kỵ khí.

Liên quan đến tình trạng lipid của nó, nó được phân loại trong họ terpene. Đó là, những chất béo tạo nên sắc tố thực vật và động vật, cung cấp màu sắc cho tế bào.

Cấu tạo hóa học

Plastoquinone được tạo thành từ một vòng benzen-quinone hoạt động liên kết với chuỗi bên của polyisoprenoid. Trên thực tế, vòng thơm lục giác được liên kết với hai phân tử oxy thông qua liên kết đôi ở các nguyên tử C-1 và C-4.

Nguyên tố này có chuỗi bên và bao gồm chín isoprene liên kết với nhau. Do đó, nó là polyterpene hoặc isoprenoid, tức là polyme hydrocacbon của năm nguyên tử cacbon isopren (2-metyl-1,3-butadien).

Tương tự như vậy, nó là một phân tử được prenylated, tạo điều kiện thuận lợi cho việc gắn vào màng tế bào, tương tự như neo lipid. Về vấn đề này, một nhóm kỵ nước đã được thêm vào chuỗi alkyl của nó (nhóm metyl CH3 phân nhánh ở vị trí R3 và R4).

-Tổng hợp

Trong quá trình quang hợp, plastoquinone được tổng hợp liên tục do vòng đời ngắn. Các nghiên cứu trên tế bào thực vật đã xác định rằng phân tử này vẫn hoạt động từ 15 đến 30 giờ.

Thật vậy, sinh tổng hợp plastoquinone là một quá trình rất phức tạp, liên quan đến 35 enzym. Quá trình sinh tổng hợp có hai giai đoạn: giai đoạn thứ nhất xảy ra trong vòng benzen và giai đoạn thứ hai ở các chuỗi bên.

Giai đoạn đầu

Trong giai đoạn đầu, quá trình tổng hợp vòng quinon-benzen và chuỗi prenyl được thực hiện. Vòng thu được từ tyrosine và chuỗi bên prenyl là kết quả của glyceraldehyde-3-phosphate và pyruvate.

Dựa trên kích thước của chuỗi polyisoprenoid, loại plastoquinone được thiết lập.

Phản ứng ngưng tụ vòng với chuỗi bên

Giai đoạn tiếp theo bao gồm phản ứng ngưng tụ của vòng với các chuỗi bên.

Homogentistic acid (HGA) là tiền thân của vòng benzen-quinone, được tổng hợp từ tyrosine, một quá trình xảy ra nhờ sự xúc tác của enzyme tyrosine amino-transferase.

Về phần mình, chuỗi bên prenyl bắt nguồn từ con đường methyl erythritol phosphate (MEP). Các chuỗi này được xúc tác bởi enzym solanesyl diphosphat synthetase để tạo thành solanesyl diphosphat (SPP).

Methyl erythritol phosphate (MEP) tạo thành một con đường trao đổi chất để sinh tổng hợp Isoprenoids. Sau khi hình thành cả hai hợp chất, sự ngưng tụ của axit đồng nhất xảy ra với chuỗi solanesyl diphosphat, một phản ứng được xúc tác bởi enzym đồng nhất solanesyl-transferase (HST).

2-đimetyl-plastoquinon

Cuối cùng, một hợp chất được gọi là 2-dimethyl-plastoquinone được tạo ra, mà sau này với sự can thiệp của enzyme methyl-transferase, cho phép thu được sản phẩm cuối cùng: plastoquinone.

Đặc trưng

Plastoquinon tham gia vào quá trình quang hợp, một quá trình xảy ra với sự can thiệp của năng lượng từ ánh sáng mặt trời, tạo ra các chất hữu cơ giàu năng lượng từ sự biến đổi của một cơ chất vô cơ.

Pha sáng (PS-II)

Chức năng của plastoquinone gắn liền với pha sáng (PS-II) của quá trình quang hợp. Các phân tử plastoquinon tham gia chuyển điện tử được gọi là QA và Q B.

Về vấn đề này, quang hệ II (PS-II) là một phức hợp được gọi là water-plastoquinone oxide-reductase, nơi hai quá trình cơ bản được thực hiện. Quá trình oxy hóa nước được xúc tác bằng enzym và quá trình khử plastoquinon xảy ra. Trong hoạt động này, các photon có bước sóng 680 nm bị hấp thụ.

Các phân tử QA và QB khác nhau về cách chúng chuyển electron và tốc độ truyền. Ngoài ra, do loại ràng buộc (vị trí liên kết) với hệ thống quang II. QA được cho là plastoquinone cố định và QB là plastoquinone di động.

Rốt cuộc, QA là vùng liên kết của hệ thống quang học II nhận hai điện tử trong khoảng thời gian dao động giữa 200 và 600 us. Thay vào đó, QB có khả năng liên kết và tách ra khỏi quang hệ II, nhận và chuyển các điện tử đến cytochrome.

Ở cấp độ phân tử, khi QB giảm, nó sẽ được trao đổi cho một tập hợp các plastoquinon tự do khác trong màng thylakoid. Giữa QA và QB có một nguyên tử Fe không ion (Fe ⁺² ) tham gia vận chuyển điện tử giữa chúng.

Tóm lại, QB tương tác với các gốc axit amin trong trung tâm phản ứng. Bằng cách này QA và QB có được sự khác biệt lớn về thế oxy hóa khử.

Hơn nữa, vì QB liên kết lỏng lẻo hơn với màng, nó có thể dễ dàng tách ra bằng cách bị khử thành QH 2. Ở trạng thái này, nó có khả năng chuyển các điện tử năng lượng cao nhận được từ QA đến phức hợp cytochrome bc1-8.

Người giới thiệu

1. González, Carlos (2015) Quang hợp. Đã khôi phục tại: botanica.cnba.uba.ar
2. Pérez-Urria Carril, Elena (2009) Quang hợp: Các khía cạnh cơ bản. Reduca (Sinh học). Loạt bài Sinh lý thực vật. 2 (3): 1-47. ISSN: 1989-3620
3. Petrillo, Ezequiel (2011) Quy định về cách ghép cành thay thế ở thực vật. Ảnh hưởng của ánh sáng bởi các tín hiệu ngược dòng và của protein PRMT5 methyltransferase.
4. Sotelo Ailin (2014) Quang hợp. Khoa Chính xác, Khoa học Tự nhiên và Khảo sát. Chủ nhiệm Khoa Sinh lý Thực vật (Hướng dẫn Nghiên cứu).