A kloroplasztiszok NADH-dehidrogenáz komplexe a fotoszintézis elektrontranszport láncának multiprotein komplexe, amely a magasabb rendű növények és algák plasztidjainak tilakoid membránjában . A komplex oxidálja a ferredoxint és redukálja a plasztokinon molekulákat , amelyek a membránba kerülnek. Ebben az esetben az oxidált redukciós ekvivalens energiáját a kloroplasztisz strómájából a tilakoid lumenbe történő protonok átvitelére fordítják proton gradiens kialakításával . A kloroplasztiszok NADH-dehidrogenáz komplexe nagyobb hasonlóságot mutatott a cianobaktérium NADH-dehidrogenáz komplexével (NDH-1), mint az I. mitokondriális komplexszel [1] .
A kloroplasztiszok NADH-dehidrogenáz komplexét a legtöbb szárazföldi növényben, valamint egyes algákban is megtalálták. Szerepe az ATP szintézisében normál fotoszintéziskörülmények között jelentéktelennek tekinthető, ugyanakkor stresszes körülmények között szerepe drámaian megnő: ilyen körülmények között a komplex részt vesz a ciklikus elektrontranszport biztosításában , szuperkomplexet alkotva legalább két fotorendszerrel I. [1] [2] .
A komplexnek más érvényes elnevezései is gyakran megtalálhatók a szakirodalomban, például NAD(P)H-dehidrogenáz komplex [3] vagy NADH-dehidrogenáz-szerű komplex [2] .
A Marchantia polymorpha és Nicotiana tabacum plasztomák 1986-os teljes szekvenálása után először került szóba a NADH-dehidrogenáz komplex kloroplasztiszokban való létezése . Kiderült, hogy plasztid genomjuk 11 fehérjét kódol, amelyek homológok a mitokondriumok NADH-dehidrogenáz komplexének alegységeivel ( I. komplex ), és ezek a fehérjék mindegyike expresszálódott [1] . E hasonlóság miatt az új komplexet NAD(P)H-dehidrogenáz komplexnek, vagy röviden NDH komplexnek nevezték el [2] . Jóval később, 2004-ben fedezték fel a sejtmagban kódolt komplex első négy alegységét: M, N, L és O [3] .
A kloroplasztiszok NADH dehidrogenáz komplexét kódoló ndh géneket számos zárvatermő és gymnosperm és eukarióta alga plasztomájában, valamint a cianobaktériumok genomjában találták meg. Ugyanakkor ezek a gének hiányoznak egyes szimbiotikus növényekben, amelyek nem képesek önálló fotoszintézisre [1] . Annak ellenére, hogy az ndh gének széles körben elterjedtek a szárazföldi növények között, egyes szervezetekben nem találták meg őket. Például a Pinus thunbergii tűlevelű kloroplasztisz genomjából hiányzik az összes ndh gén . A NADH-dehidrogenáz komplexet nem találták meg zöld algák kloroplasztiszában, köztük a Chlamydomonasban [3] .
Bár a kloroplasztisz ndh géneket először a mitokondriális komplex I génekhez való hasonlóságuk miatt vették észre , később kiderült, hogy jobban hasonlít az NDH-1 cianobaktérium komplexhez. A baktériumokban az I. légzőkomplex általában 14 alegységből áll. Kivételt képeznek a cianobaktériumok , amelyek 11 alegységből álló komplexet tartalmaznak, amely nagymértékben homológ a magasabb rendű növényi kloroplasztiszok NADH-dehidrogenáz komplexének 11 alegységével [3] . A magasabb rendű növényekben azonban a komplex összetételében eltér a cianobaktérium komplexétől, összetétele jelentősen megegyezik a magasabb rendű növényekre jellemző és a sejtmagban kódolt alegységek számával. Eddig 28 alegységet és egy valószínű jelöltet azonosítottak az Arabidopsis thaliana -ban, amelyek közül sokat a bioinformatika , a genetika és a proteomika azonosított [4] . A cianobaktériumok komplexeivel analóg módon a kloroplasztiszok NADH-dehidrogenáz komplexe három vas-kén klasztert tartalmaz .
A legtöbb vizsgált magasabb rendű növényben a komplex molekulatömege körülbelül 550 kDa . A komplex nagyon labilis és könnyen több részkomplexumra bomlik, ami megnehezíti a tanulmányozását [5] .
A tilakoid membránokban a komplex molekuláinak száma kicsi: egy NADH-dehidrogenáz komplex átlagosan 50-100 molekulát tesz ki a II. fotorendszerből, ami az I. és az I. fotorendszer összes molekulájának 1-2%-a. II [5] .
A kloroplasztiszok NADH-dehidrogenáz komplexének összetétele a szokásos 14 helyett 11 plasztid alegységet tartalmaz, amelyek homológok a cianobaktériumokéval . A hiányzó alegységek az I. szarvasmarha komplex 51, 24 és 75 kDa alegységeinek felelnek meg . Az 51 kDa-os alegység FMN -t hordoz , és tartalmaz egy NADH -kötő helyet , és általában mindhárom alegységet NADH-kötő szubkomplexnek nevezik. A magasabb rendű növényekben, valamint a cianobaktériumokban ezek az alegységek vagy analógjaik hiányoznak. Ez a hosszú idő nem tette lehetővé annak pontos megértését, hogy ezek a komplexek milyen szubsztrátumot használnak. Végül 2011-ben kiderült, hogy a komplex a CRR31, CRRJ és CRRL fehérjéken keresztül (S, T és U alegységek) [6] képes megkötni és oxidálni a ferredoxint [7] , bár az oxidáció pontos mechanizmusa előfordul, nem ismert. Ezeket az adatokat később többször is megerősítették [8] [6] . Ebből az következett, hogy a komplex enzimaktivitását tekintve nem NADH-dehidrogenáz, hanem ferredoxin-plasztokinon oxidoreduktáz. Ezzel kapcsolatban javasolták a kloroplasztiszok NADH-dehidrogenáz komplexének átnevezését NADH-dehidrogenáz-szerű komplexre [7] . Hasonló működési mechanizmust ma már nagyon valószínűnek tartanak a cianobaktériumok NDH komplexei esetében.
Az analógia okán feltételezzük, hogy a magasabb rendű növényi kloroplasztiszok NADH-dehidrogenáz komplexe L-alakú, bár további alegységek jelenléte miatt némileg torzulhat. A komplex öt alkomplexre oszlik: membrán, lumen, stromának kitett A és B szubkomplexek, valamint katalitikus ferredoxin-kötő.
A membrán szubkomplexet hét, kloroplaszt gének által kódolt NdhA-NdhG alegység alkotja, a cianobaktériumok NDH komplexével való homológia alapján feltételezhető, hogy protonokat szállít és megköti a plasztokinont [2] .
Az A szubkomplex négy NdhA-NdhG alegységet és négy NdhL-NdhO alegységet tartalmaz, amelyeket kloroplasztisz és nukleáris gének kódolnak. A T. thermophilus légzési komplexéből származó NdhH-NdhK kloroplasztfehérjék homológjai három, az elektrontranszferhez szükséges Fe-S klasztert kötnek meg [2] .
A B szubkomplex magában foglalja a PnsB1-PnsB5 alegységeket, valamint a PnsL3 alegységet, amelyet korábban a lumen alkomplex komponensének tekintettek. A B szubkomplex összes alegységét nukleáris gének kódolják. A szubkomplex az A szubkomplex melletti membrándoménen kötődik, és a komplex második hidrofil ágát alkotja [3] .
A lumen szubkomplexet négy nukleáris gének által kódolt alegység alkotja: a PnsL1, PnsL2 fehérje, valamint a PnsL4 és PnsL5 immunofilin . A B szubkomplex és a lumen szubkomplex alegységei magasabb rendű növényekre jellemzőek. Figyelemre méltó, hogy ezen alegységek többsége homológ a PsbP és PsbQ fehérjékkel, amelyek a II. fotorendszer vízoxidáló komplexének részét képezik [ 2 ] . Egy másik szokatlan csoport, amely ennek az alkomplexnek a részét képezi, az immunofilinek, amelyek a peptidilprolil -cisz-tran izomerázok családjába tartoznak [3] .
A katalitikus szubkomplex NdhS, NdhT és NdhU alegységeket tartalmaz. A ferredoxin nagy affinitású kötőhelye a perifériás NdhS alegységen található . A komplex ferredoxinnal való kölcsönhatását in vitro kísérletek igazolták [7] . Úgy gondolják, hogy ennek a komplexnek még nem találták meg az összes alegységét, mivel a már felfedezettek között nincs olyan, amely oxidálhatná a ferredoxint.
A kloroplasztiszok NADH-dehidrogenáz komplexe elvileg nem létfontosságú, az összes ndh gén részleges vagy akár teljes deléciójával kifelé mutánsok teljesen normálisnak tűnnek, de nagyon érzékenyek az erős feszültségekre: nagy fényintenzitás, magas vagy alacsony hőmérséklet, alacsony páratartalom. és a szárazság, bár az ilyen mutánsokban a fenotípusok megnyilvánulása meglehetősen mérsékelt. Mindazonáltal kimutatták ennek a komplexnek a jelentős szerepét a ciklikus transzport biztosításában rizsben gyenge megvilágítás mellett [9] . Ezen adatok alapján feltételezhető, hogy a komplex egyfajta vészcsap, amely a kloroplasztiszsztróma regeneráció körülményei között aktiválódik és megakadályozza az oxidatív stresszt , normál körülmények között pedig további ATP-vel látja el a növényt, és részt vesz a finomításban. a fotoszintézis hangolása [9] .
A genetikai analízis a ciklikus elektrontranszport két független típusát tárta fel Arabidopsisban . A magasabb rendű növények fő útvonalának összetevői a PGR5 és PGRL1 fehérjék, amelyek szabályozzák a proton gradienst. A PGRL1 a PGR5 segítségével oxidálja a ferredoxint, és elektronokat ad át a membránhordozó plasztokinonnak, így ferredoxin-kinon-reduktázként működik [10] . Azt is feltételezik, hogy a citokróm b 6 f komplexből, a fotorendszer I-ből és a PGRL1-ből [11] származó szuperkomplexek részt vesznek ebben a folyamatban , bár kimutatták, hogy képződésük nem szükséges a ciklikus transzport ezen mechanizmus általi megvalósításához [12]. ] . Ezt az utat az antimycin A gátolja [13] .
A fényben az I. fotoszisztéma körüli alternatív útvonalon a NADH-dehidrogenáz komplex részt vesz a kloroplasztiszokban, és elektrontranszfert biztosít a redukált ferredoxinból vissza a plasztokinonba, majd a citokróm b 6 / f komplexen keresztül az I. fotorendszerbe . A kloroplasztiszok NADH-dehidrogenáz komplexe két PSI-vel szuperkomplexet képez az Lhca5 és Lhca6 fehérjék felhasználásával. A cianobaktériumokban is képződik ilyen komplex, bár az Lhca5 és Lhca6 antennafehérjék hiánya miatt ott a szuperkomplex képződésének módja eltérő [5] .
A sötétben a kloroplasztiszok NADH-dehidrogenáz komplexe részt vesz a klórlégzésben ( kloroplasztisz légzés ), melynek során a redukált plasztokinonból az elektronok a molekuláris oxigénbe jutnak, amit a plasztokinol plasztidterminális oxidázzal történő oxidációja kísér , azaz a plasztokinon pool nem fotokémiai redukciója és oxidációja következik be [1] .