NADH-dehydrogenasekomplekset af chloroplaster er et multiproteinkompleks af elektrontransportkæden af fotosyntese placeret i thylakoidmembranen plastider fra højere planter og alger . Komplekset oxiderer ferredoxin og reducerer plastoquinonmolekyler , som frigives til membranen. I dette tilfælde bruges energien af den oxiderede reduktionsækvivalent på overførsel af protoner fra kloroplastens stroma til thylakoidlumen med dannelsen af en protongradient . En større lighed mellem NADH-dehydrogenasekomplekset af chloroplaster med det cyanobakterielle NADH-dehydrogenasekompleks (NDH-1) end med mitokondriekomplekset I blev vist [1] .
NADH-dehydrogenasekomplekset af kloroplaster er blevet fundet i de fleste landplanter såvel som i nogle alger. Dens rolle i syntesen af ATP under normale fotosynteseforhold anses for ubetydelig, men under stressende forhold øges dens rolle dramatisk: under sådanne forhold deltager komplekset i at sikre cyklisk elektrontransport og danner et superkompleks med mindst to fotosystemer I [1] [2] .
Andre gyldige navne for komplekset kan ofte findes i litteraturen, såsom NAD(P)H-dehydrogenasekompleks [3] eller NADH-dehydrogenase-lignende kompleks [2] .
For første gang blev eksistensen af NADH-dehydrogenasekomplekset i kloroplaster diskuteret efter den fuldstændige sekventering af Marchantia polymorpha og Nicotiana tabacum plastomes i 1986. Det viste sig, at deres plastidgenom kodede for 11 proteiner homologe med underenheder af NADH-dehydrogenasekomplekset af mitokondrier ( kompleks I ), og alle disse proteiner blev udtrykt [1] . På grund af denne lighed blev det nye kompleks navngivet NAD(P)H-dehydrogenasekomplekset, eller NDH-komplekset for kort [2] . Meget senere, i 2004, blev de første fire underenheder af komplekset kodet i kernen opdaget: M, N, L og O [3] .
Ndh- generne, der koder for NADH-dehydrogenasekomplekset af chloroplaster, er blevet fundet i plastomerne af mange angiospermer og gymnospermer og eukaryote alger, såvel som i genomet af cyanobakterier. Samtidig er disse gener fraværende i nogle symbiotiske planter, som ikke er i stand til uafhængig fotosyntese [1] . På trods af den brede fordeling af ndh- gener blandt landplanter, er de ikke blevet fundet i nogle organismer. For eksempel mangler kloroplastgenomet af nåletræet Pinus thunbergii alle ndh- gener . NADH-dehydrogenase-komplekset er ikke fundet i kloroplaster af grønne alger, herunder Chlamydomonas [3] .
Selvom chloroplast -ndh- generne først blev bemærket på grund af deres lighed med mitokondriekompleks I -gener , blev det senere vist at være mere lig det cyanobakterielle kompleks NDH-1. I bakterier består respiratorisk kompleks I typisk af 14 underenheder. En undtagelse er cyanobakterier , som har et kompleks på 11 underenheder, meget homologe med 11 underenheder af NADH-dehydrogenasekomplekset af højere plantekloroplaster [3] . I højere planter adskiller komplekset sig imidlertid i sammensætning fra det cyanobakteriekompleks, dets sammensætning er signifikant antallet af underenheder, der kun er karakteristisk for højere planter og kodet i kernen. Indtil videre er 28 underenheder og en sandsynlig kandidat blevet identificeret i Arabidopsis thaliana , hvoraf mange er blevet identificeret ved bioinformatik , genetik og proteomik [4] . Analogt med komplekser af cyanobakterier antages NADH-dehydrogenasekomplekset af chloroplaster at have tre jern-svovlklynger .
I de fleste af de undersøgte højere planter har komplekset en molekylvægt på ca. 550 kDa . Komplekset er meget labilt og opdeles let i flere subkomplekser, hvilket gør det svært at studere [5] .
Det samlede antal molekyler af komplekset i thylakoidmembraner er lille: et NADH-dehydrogenasekompleks tegner sig for et gennemsnit på 50-100 molekyler af fotosystem II, hvilket er ~1-2% af det samlede antal af alle molekyler i fotosystem I og II [5] .
Sammensætningen af NADH-dehydrogenasekomplekset af chloroplaster omfatter 11 plastidunderenheder, der er homologe med dem af cyanobakterier, i stedet for de sædvanlige 14 for sådanne komplekser . De manglende underenheder svarer til underenheder 51, 24 og 75 kDa af det bovine kompleks I. 51 kDa-underenheden bærer FMN og indeholder et NADH -bindingssted , og generelt omtales alle tre underenheder som NADH-bindingssubkomplekset. I højere planter såvel som i cyanobakterier er sådanne underenheder eller deres analoger fraværende. Denne lange tid gjorde det ikke muligt nøjagtigt at forstå, hvilket substrat disse komplekser bruger. Endelig blev det i 2011 fundet, at komplekset via proteinerne CRR31, CRRJ og CRRL (S, T og U underenheder) [6] er i stand til at binde og oxidere ferredoxin [7] , selvom den nøjagtige mekanisme for hvordan oxidationen forekommer er ukendt. Disse data blev senere gentagne gange bekræftet [8] [6] . Heraf fulgte, at komplekset med hensyn til dets enzymatiske aktivitet ikke er en NADH-dehydrogenase, men en ferredoxin-plastoquinonoxidoreduktase. I denne henseende blev det foreslået at omdøbe NADH-dehydrogenasekomplekset af chloroplaster til det NADH-dehydrogenase-lignende kompleks [7] . En lignende driftsmekanisme anses nu for at være meget sandsynlig for NDH-komplekser af cyanobakterier.
Af analoge årsager antages det, at NADH-dehydrogenasekomplekset af højere plantechloroplaster har en L-form, selvom det kan være noget forvrænget på grund af tilstedeværelsen af yderligere underenheder. Komplekset er opdelt i fem subkomplekser: membran, lumenal, stroma-eksponerede subkomplekser A og B, samt katalytisk ferredoxin-binding.
Membran-subkomplekset er dannet af syv NdhA-NdhG-underenheder kodet af chloroplastgener, baseret på homologi med NDH-komplekset af cyanobakterier, det antages, at det transporterer protoner og binder plastoquinon [2] .
Subkompleks A indeholder fire NdhA-NdhG-underenheder og fire NdhL-NdhO-underenheder kodet af henholdsvis chloroplast- og nukleare gener. Homologer af chloroplastproteiner NdhH-NdhK fra T. thermophilus respiratoriske kompleks binder tre Fe-S klynger, der er nødvendige for elektronoverførsel [2] .
Subkompleks B inkluderer PnsB1-PnsB5-underenhederne såvel som PnsL3-underenheden, som tidligere blev anset for at være en komponent af det lumenale subkompleks. Alle underenheder af subkompleks B er kodet af nukleare gener. Subkomplekset binder på membrandomænet ved siden af subkompleks A og danner den anden hydrofile arm af komplekset [3] .
Det lumenale subkompleks er dannet af fire underenheder kodet af nukleare gener: proteinet PnsL1, PnsL2 og immunophilinerne PnsL4 og PnsL5. Underenhederne i subkompleks B og det lumenale subkompleks er specifikke for højere planter. Det er bemærkelsesværdigt, at de fleste af disse underenheder er homologe med PsbP- og PsbQ-proteinerne, der er en del af det vandoxiderende kompleks af fotosystem II [2] . En anden usædvanlig gruppe, der er en del af dette subkompleks, er immunofiliner, som tilhører familien af peptidylprolyl cis-tran isomeraser [3] .
Det katalytiske subkompleks omfatter NdhS-, NdhT- og NdhU-underenheder. Et højaffinitetsbindingssted for ferredoxin er lokaliseret på den perifere NdhS-underenhed . Interaktionen af komplekset med ferredoxin er blevet bekræftet i in vitro forsøg [7] . Det menes, at ikke alle underenheder af dette kompleks endnu er blevet fundet, da der blandt de allerede opdagede ikke er nogen, der kunne oxidere ferredoxin.
I princippet er NADH-dehydrogenase-komplekset af chloroplaster ikke livsvigtigt, udadvendte mutanter med delvis eller endda fuldstændig deletion af alle ndh- gener ser helt normale ud, men de er meget følsomme over for stærke belastninger: høj lysintensitet, høj eller lav temperatur, lav luftfugtighed og tørke, selvom manifestationen af fænotyper i sådanne mutanter er ret moderat. Ikke desto mindre blev en væsentlig rolle af dette kompleks i at tilvejebringe cyklisk transport i ris under svag belysning vist [9] . Baseret på disse data antages det, at komplekset er en slags nødhane, som aktiveres under forhold med regenerering af chloroplaststroma og forhindrer oxidativ stress , og under normale forhold giver det planten yderligere ATP og er involveret i den fine tuning af fotosyntese [9] .
Genetisk analyse afslørede to uafhængige typer af cyklisk elektrontransport i Arabidopsis . Komponenterne i hovedvejen i højere planter er PGR5- og PGRL1-proteinerne, der regulerer protongradienten. PGRL1 oxiderer ferredoxin ved hjælp af PGR5 og overfører elektroner til membranbæreren plastoquinon og fungerer således som en ferredoxinquinonreduktase [10] . Det menes også, at superkomplekser fra cytochrom b6f - komplekset, fotosystem I og PGRL1 [ 11] er involveret i denne proces , selvom det har vist sig, at deres dannelse ikke er nødvendig for implementering af cyklisk transport ved denne mekanisme [12 ] . Denne vej hæmmes af antimycin A [13] .
I en alternativ vej omkring fotosystem I i lyset er NADH-dehydrogenasekomplekset involveret i kloroplaster, hvilket giver elektronoverførsel fra reduceret ferredoxin tilbage til plastoquinon og derefter til fotosystem I gennem cytochrom b 6 / f komplekset . NADH-dehydrogenasekomplekset af chloroplaster danner et superkompleks med to PSI'er ved hjælp af proteinerne Lhca5 og Lhca6. Et kompleks af denne art dannes også i cyanobakterier, selvom på grund af manglen på antenneproteiner Lhca5 og Lhca6 i dem, er metoden til dannelse af superkomplekset anderledes der [5] .
I mørke deltager NADH-dehydrogenasekomplekset af chloroplaster i chlorrespiration ( chloroplast respiration ), hvorved elektroner transporteres fra den reducerede plastoquinon til molekylært oxygen, som er ledsaget af oxidation af plastoquinol med plastidterminal oxidase , dvs. ikke-fotokemisk reduktion og oxidation af plastoquinonpuljen forekommer [1] .