PLASTOCHINONE: CLASSIFICAZIONE, STRUTTURA CHIMICA E FUNZIONI - BIOLOGIA - 2024

Il plastochinone ( PQ ) è una molecola organica lipidica, nello specifico una famiglia di chinoni isoprenoidi. Infatti, è un derivato polinsaturo a catena laterale del chinone che partecipa al fotosistema II della fotosintesi.

Situato nella membrana tilacoide dei cloroplasti, ha carattere apolare ed è molto attivo a livello molecolare. Infatti, il nome del plastochinone deriva dalla sua posizione nei cloroplasti delle piante superiori.

Membrana Thylakoid. Par Tameeria sur Wikipédia anglais, tramite Wikimedia Commons

Durante la fotosintesi, la radiazione solare viene catturata nel sistema FS-II dalla clorofilla P-680 e quindi ossidata rilasciando un elettrone. Questo elettrone sale a un livello di energia più elevato, che viene captato dalla molecola dell'accettore elettore: il plastochinone (PQ).

I plastochinoni fanno parte della catena di trasporto degli elettroni fotosintetici. Sono il sito di integrazione di diversi segnali e un elemento chiave nella risposta di RSp31 alla luce. Ci sono circa 10 PQ per FS-II che vengono ridotti e ossidati in base allo stato funzionale dell'apparato fotosintetico.

Pertanto, gli elettroni vengono trasferiti attraverso una catena di trasporto in cui sono coinvolti diversi citocromi, per raggiungere successivamente la plastocianina (PC), che darà gli elettroni alle molecole di clorofilla di FS-I.

Classificazione

Il plastochinone (C ₅₅ H ₈₀ O ₂ ) è una molecola associata a un anello benzenico (chinone). Nello specifico è un isomero del cicloesadione, caratterizzato dall'essere un composto aromatico differenziato per il suo potenziale redox.

I chinoni sono raggruppati in base alla loro struttura e proprietà. All'interno di questo gruppo si differenziano i benzochinoni, generati dall'ossigenazione degli idrochinoni. Gli isomeri di questa molecola sono l'orto-benzochinone e il para-benzochinone.

D'altra parte, il plastochinone è simile all'ubichinone, perché appartiene alla famiglia dei benzochinoni. In questo caso, entrambi fungono da accettori di elettroni nelle catene di trasporto durante la fotosintesi e la respirazione anaerobica.

Associato al suo stato lipidico, è classificato nella famiglia dei terpeni. Cioè, quei lipidi che compongono pigmenti vegetali e animali, fornendo colore alle cellule.

Struttura chimica

Il plastochinone è costituito da un anello benzene-chinone attivo associato a una catena laterale di un poliisoprenoide. Infatti, l'anello aromatico esagonale è legato a due molecole di ossigeno tramite doppi legami ai carboni C-1 e C-4.

Questo elemento ha la catena laterale ed è composto da nove isoprene collegate tra loro. Di conseguenza, è un polyterpene o isoprenoide, cioè polimeri di un idrocarburo di cinque atomi di carbonio isoprene (2-metil-1,3-butadiene).

Allo stesso modo, è una molecola prenilata, che facilita l'attaccamento alle membrane cellulari, simile agli ancoraggi lipidici. A questo proposito, un gruppo idrofobo è stato aggiunto alla sua catena alchilica (gruppo metilico CH3 ramificato in posizione R3 e R4).

-Biosintesi

Durante il processo fotosintetico, il plastochinone viene continuamente sintetizzato a causa del suo breve ciclo di vita. Studi su cellule vegetali hanno determinato che questa molecola rimane attiva tra le 15 e le 30 ore.

In effetti, la biosintesi del plastochinone è un processo molto complesso, che coinvolge fino a 35 enzimi. La biosintesi ha due fasi: la prima si verifica nell'anello benzenico e la seconda nelle catene laterali.

Fase iniziale

Nella fase iniziale viene effettuata la sintesi dell'anello chinone-benzenico e della catena prenilica. L'anello ottenuto dalle tirosine e dalle catene laterali preniliche sono il risultato di gliceraldeide-3-fosfato e piruvato.

In base alle dimensioni della catena poliisoprenoide, viene stabilito il tipo di plastochinone.

Reazione di condensazione ad anello con catene laterali

La fase successiva comprende la reazione di condensazione dell'anello con le catene laterali.

L'acido omogentistico (HGA) è il predecessore dell'anello benzene-chinone, che è sintetizzato dalla tirosina, un processo che avviene grazie alla catalisi dell'enzima tirosina ammino-transferasi.

Da parte loro, le catene laterali preniliche hanno origine nella via del metil eritritolo fosfato (MEP). Queste catene sono catalizzate dall'enzima solanesil difosfato sintetasi per formare solanesil difosfato (SPP).

Il metil eritritolo fosfato (MEP) costituisce una via metabolica per la biosintesi degli isoprenoidi. Dopo la formazione di entrambi i composti, avviene la condensazione dell'acido omogenico con la catena solanesil difosfato, una reazione catalizzata dall'enzima omogentistato solanesil-transferasi (HST).

2-dimetil-plastochinone

Si origina infine un composto denominato 2-dimetil-plastochinone, che successivamente con l'intervento dell'enzima metil-transferasi, permette di ottenere come prodotto finale: il plastochinone.

Caratteristiche

I plastochinoni sono coinvolti nella fotosintesi, un processo che avviene con l'intervento di energia dalla luce solare, risultante in materia organica ricca di energia dalla trasformazione di un substrato inorganico.

Fase luminosa (PS-II)

La funzione del plastochinone è associata alla fase leggera (PS-II) del processo fotosintetico. Le molecole di plastochinone che partecipano al trasferimento di elettroni sono chiamate QA e Q B.

A questo proposito, il fotosistema II (PS-II) è un complesso chiamato acqua-plastochinone ossido-riduttasi, dove si svolgono due processi fondamentali. L'ossidazione dell'acqua è catalizzata enzimaticamente e si verifica la riduzione del plastochinone. In questa attività vengono assorbiti fotoni con una lunghezza d'onda di 680 nm.

Le molecole QA e QB differiscono nel modo in cui trasferiscono gli elettroni e nella velocità di trasferimento. Inoltre, a causa del tipo di legame (sito di legame) con fotosistema II. Si dice che QA sia il plastochinone fisso e QB sia il plastochinone mobile.

Dopotutto, QA è la zona di legame del fotosistema II che accetta i due elettroni in una variazione di tempo tra 200 e 600 us. Invece, QB ha la capacità di legarsi e staccarsi dal fotosistema II, accettando e trasferendo elettroni al citocromo.

A livello molecolare, quando il QB viene ridotto, viene scambiato con un altro gruppo di plastochinoni liberi all'interno della membrana tilacoide. Tra QA e QB c'è un atomo di Fe non ionico (Fe ⁺² ) che partecipa al trasporto elettronico tra di loro.

In sintesi, QB interagisce con i residui di amminoacidi nel centro di reazione. In questo modo QA e QB acquisiscono un grande differenziale nei potenziali redox.

Inoltre, poiché QB è più debolmente legato alla membrana, può essere facilmente separato riducendo a QH 2. In questo stato è in grado di trasferire elettroni ad alta energia ricevuti da QA al complesso 8 del citocromo bc1.

Riferimenti

1. González, Carlos (2015) Fotosintesi. Recuperato su: botanica.cnba.uba.ar
2. Pérez-Urria Carril, Elena (2009) Fotosintesi: aspetti di base. Reduca (Biologia). Serie di fisiologia vegetale. 2 (3): 1-47. ISSN: 1989-3620
3. Petrillo, Ezequiel (2011) Regulation of alternative splicing in plants. Effetti della luce da segnali retrogradi e della proteina PRMT5 metiltransferasi.
4. Sotelo Ailin (2014) Fotosintesi. Facoltà di scienze esatte, naturali e topografiche. Cattedra di Fisiologia Vegetale (Guida allo studio).