NADH-dehydrogenaskomplexet av kloroplaster är ett multiproteinkomplex av elektrontransportkedjan av fotosyntes som ligger i tylakoidmembranet plastider av högre växter och alger . Komplexet oxiderar ferredoxin och reducerar plastokinonmolekyler som frigörs i membranet . I detta fall spenderas energin hos den oxiderade reduktionsekvivalenten på överföringen av protoner från kloroplastens stroma till tylakoidlumen med bildandet av en protongradient . En större likhet mellan NADH-dehydrogenaskomplexet av kloroplaster med det cyanobakteriella NADH-dehydrogenaskomplexet (NDH-1) än med mitokondriella komplexet I visades [1] .
NADH-dehydrogenaskomplexet av kloroplaster har hittats i de flesta landväxter, såväl som i vissa alger. Dess roll i syntesen av ATP under normala fotosyntesförhållanden anses vara obetydlig, men under stressiga förhållanden ökar dess roll dramatiskt: under sådana förhållanden deltar komplexet i att säkerställa cyklisk elektrontransport och bildar ett superkomplex med minst två fotosystem I [1] [2] .
Andra giltiga namn för komplexet kan ofta hittas i litteraturen, såsom NAD(P)H-dehydrogenaskomplex [3] eller NADH-dehydrogenasliknande komplex [2] .
För första gången diskuterades förekomsten av NADH-dehydrogenaskomplexet i kloroplaster efter den fullständiga sekvenseringen av Marchantia polymorpha och Nicotiana tabacum plastomes 1986. Det visade sig att deras plastidgenom kodade för 11 proteiner homologa med subenheter av NADH-dehydrogenaskomplexet i mitokondrier ( komplex I ), och alla dessa proteiner uttrycktes [1] . På grund av denna likhet fick det nya komplexet namnet NAD(P)H-dehydrogenaskomplexet, eller NDH-komplexet för kort [2] . Långt senare, 2004, upptäcktes de första fyra subenheterna av komplexet som kodas i kärnan: M, N, L och O [3] .
De ndh- gener som kodar för NADH-dehydrogenaskomplexet av kloroplaster har hittats i plastomerna hos många angiospermer och gymnospermer och eukaryota alger, såväl som i genomet av cyanobakterier. Samtidigt saknas dessa gener i vissa symbiotiska växter som inte är kapabla till oberoende fotosyntes [1] . Trots den breda spridningen av ndh- gener bland landväxter har de inte hittats i vissa organismer. Till exempel saknar kloroplastgenomet hos barrträdet Pinus thunbergii alla ndh- gener . NADH-dehydrogenaskomplexet har inte hittats i kloroplaster av grönalger, inklusive Chlamydomonas [3] .
Även om kloroplast -ndh- gener först märktes på grund av deras likhet med mitokondriella komplex I -generna , visade det sig senare vara mer lik det cyanobakteriella komplexet NDH-1. Typiskt, i bakterier , består respiratoriskt komplex I av 14 subenheter. Ett undantag är cyanobakterier , som har ett komplex av 11 subenheter, mycket homologa med 11 subenheter av NADH-dehydrogenaskomplexet av högre växtkloroplaster [3] . I högre växter skiljer sig dock komplexet i sammansättning från det cyanobakteriella komplexet, dess sammansättning är signifikant antalet subenheter som är karakteristiska endast för högre växter och som kodas i kärnan. Hittills har 28 subenheter och en trolig kandidat identifierats i Arabidopsis thaliana , av vilka många har identifierats av bioinformatik , genetik och proteomik [4] . I analogi med komplex av cyanobakterier, tros NADH-dehydrogenaskomplexet av kloroplaster ha tre järn-svavelkluster .
I de flesta av de studerade högre växterna har komplexet en molekylvikt på cirka 550 kDa . Komplexet är mycket labilt och bryts lätt upp i flera delkomplex, vilket gör det svårt att studera [5] .
Det totala antalet molekyler i komplexet i tylakoidmembran är litet: ett NADH-dehydrogenaskomplex står för i genomsnitt 50–100 molekyler av fotosystem II, vilket är ~1–2 % av det totala antalet av alla molekyler i fotosystem I och II [5] .
Sammansättningen av NADH-dehydrogenaskomplexet av kloroplaster inkluderar 11 plastidsubenheter som är homologa med de av cyanobakterier, istället för de vanliga 14 för sådana komplex . De saknade subenheterna motsvarar subenheterna 51, 24 och 75 kDa av det bovina komplexet I. 51 kDa-subenheten bär FMN och innehåller ett NADH- bindningsställe , och i allmänhet hänvisas alla tre subenheter till som NADH-bindande subkomplex. I högre växter, såväl som i cyanobakterier , saknas sådana subenheter eller deras analoger. Denna långa tid gjorde det inte möjligt att exakt förstå vilket substrat dessa komplex använder. Slutligen, 2011 fann man att komplexet, via proteinerna CRR31, CRRJ och CRRL (S, T och U subenheter) [6] , kan binda och oxidera ferredoxin [7] , även om den exakta mekanismen för hur oxidationen inträffar är okänd. Dessa uppgifter bekräftades senare upprepade gånger [8] [6] . Av detta följde att komplexet, i termer av dess enzymatiska aktivitet, inte är ett NADH-dehydrogenas, utan ett ferredoxin-plastokinonoxidoreduktas. I detta avseende föreslogs det att döpa om NADH-dehydrogenaskomplexet av kloroplaster till det NADH-dehydrogenasliknande komplexet [7] . En liknande funktionsmekanism anses nu vara mycket sannolik för NDH-komplex av cyanobakterier.
Av analogi skäl antas det att NADH-dehydrogenaskomplexet av högre växtkloroplaster har en L-form, även om det kan vara något förvrängt på grund av närvaron av ytterligare subenheter. Komplexet är uppdelat i fem subkomplex: membran, lumenala, stroma-exponerade subkomplex A och B, samt katalytisk ferredoxinbindning.
Membransubkomplexet bildas av sju NdhA-NdhG-subenheter som kodas av kloroplastgener, baserat på homologi med NDH-komplexet av cyanobakterier, det antas att det transporterar protoner och binder plastokinon [2] .
Subkomplex A innehåller fyra NdhA-NdhG-subenheter och fyra NdhL-NdhO-subenheter som kodas av kloroplast- respektive kärngener. Homologer av kloroplastproteiner NdhH-NdhK från T. thermophilus respiratoriska komplex binder tre Fe-S-kluster som krävs för elektronöverföring [2] .
Subkomplex B inkluderar PnsB1-PnsB5-subenheterna, såväl som PnsL3-subenheten, som tidigare ansetts vara en komponent i det lumenala subkomplexet. Alla subenheter av subkomplex B kodas av nukleära gener. Subkomplexet binder på membrandomänen bredvid subkomplex A och bildar komplexets andra hydrofila arm [3] .
Det lumenala subkomplexet bildas av fyra subenheter som kodas av nukleära gener: proteinet PnsL1, PnsL2 och immunofilina PnsL4 och PnsL5. Underenheterna i subkomplex B och det lumenala subkomplexet är specifika för högre växter. Det är anmärkningsvärt att de flesta av dessa subenheter är homologa med PsbP- och PsbQ-proteinerna som är en del av det vattenoxiderande komplexet i fotosystem II [2] . En annan ovanlig grupp som ingår i detta subkomplex är immunofiliner, som tillhör familjen peptidylprolyl cis-tran- isomeraser [3] .
Det katalytiska subkomplexet inkluderar NdhS, NdhT och NdhU subenheter. Ett bindningsställe med hög affinitet för ferredoxin är lokaliserat på den perifera NdhS-subenheten . Interaktionen av komplexet med ferredoxin har bekräftats i in vitro-experiment [7] . Man tror att inte alla underenheter av detta komplex ännu har hittats, eftersom bland de som redan upptäckts finns det inga som kan oxidera ferredoxin.
I princip är NADH-dehydrogenaskomplexet av kloroplaster inte livsviktigt, mutanter utåt med partiell eller till och med fullständig deletion av alla ndh- gener ser helt normala ut, men de är mycket känsliga för starka påfrestningar: hög ljusintensitet, hög eller låg temperatur, låg luftfuktighet och torka, även om manifestationen av fenotyper i sådana mutanter är ganska måttlig. Ändå visades en betydande roll för detta komplex för att tillhandahålla cyklisk transport i ris under svag belysning [9] . Baserat på dessa data antas det att komplexet är en slags nödkran, som aktiveras under förhållanden av kloroplaststroma-regenerering och förhindrar oxidativ stress , och under normala förhållanden ger det växten ytterligare ATP och är involverad i böterna. inställning av fotosyntes [9] .
Genetisk analys avslöjade två oberoende typer av cyklisk elektrontransport i Arabidopsis . Komponenterna i huvudvägen i högre växter är PGR5- och PGRL1-proteinerna som reglerar protongradienten. PGRL1 oxiderar ferredoxin med hjälp av PGR5 och överför elektroner till membranbäraren plastokinon och fungerar därmed som ett ferredoxin kinonreduktas [10] . Man tror också att superkomplex från cytokrom b6f - komplexet, fotosystem I och PGRL1 [ 11] är involverade i denna process , även om det har visat sig att deras bildning inte är nödvändig för implementering av cyklisk transport genom denna mekanism [12 ] . Denna väg hämmas av antimycin A [13] .
I en alternativ väg runt fotosystem I i ljuset är NADH-dehydrogenaskomplexet involverat i kloroplaster, vilket ger elektronöverföring från reducerat ferredoxin tillbaka till plastokinon och sedan till fotosystem I genom cytokrom b 6 / f- komplexet . NADH-dehydrogenaskomplexet av kloroplaster bildar ett superkomplex med två PSI med hjälp av proteinerna Lhca5 och Lhca6. Ett komplex av detta slag bildas också i cyanobakterier, men på grund av bristen på antennproteiner Lhca5 och Lhca6 i dem, är metoden för bildning av superkomplexet annorlunda där [5] .
I mörker deltar NADH-dehydrogenaskomplexet av kloroplaster i klorandning ( kloroplastrespiration ), under vilken elektroner transporteras från det reducerade plastokinonet till molekylärt syre, vilket åtföljs av oxidationen av plastokinol av plastidterminalt oxidas , dvs. icke-fotokemisk reduktion och oxidation av plastokinonpoolen sker [1] .