Plastoquinone (PQ) is an isoprenoid quinone molecule involved in the electron transport chain in the light-dependent reactions of photosynthesis. The most common form of plastoquinone, known as PQ-A or PQ-9, is a 2,3-dimethyl-1,4-benzoquinone molecule with a side chain of nine isoprenyl units. There are other forms of plastoquinone, such as ones with shorter side chains like PQ-3 (which has 3 isoprenyl side units instead of 9) as well as analogs such as PQ-B, PQ-C, and PQ-D, which differ in their side chains. The benzoquinone and isoprenyl units are both nonpolar, anchoring the molecule within the inner section of a lipid bilayer, where the hydrophobic tails are usually found.

Plastoquinones are very structurally similar to ubiquinone, or coenzyme Q10, differing by the length of the isoprenyl side chain, replacement of the methoxy groups with methyl groups, and removal of the methyl group in the 2 position on the quinone. Like ubiquinone, it can come in several oxidation states: plastoquinone, plastosemiquinone (unstable), and plastoquinol, which differs from plastoquinone by having two hydroxyl groups instead of two carbonyl groups.

Plastoquinol, the reduced form, also functions as an antioxidant by reducing reactive oxygen species, some produced from the photosynthetic reactions, that could harm the cell membrane. One example of how it does this is by reacting with superoxides to form hydrogen peroxide and plastosemiquinone.

The prefix plasto- means either plastid or chloroplast, alluding to its location within the cell.

Role in photosynthesis 

The role that plastoquinone plays in photosynthesis, more specifically in the light-dependent reactions of photosynthesis, is that of a mobile electron carrier through the membrane of the thylakoid.

Plastoquinone is reduced when it accepts two electrons from photosystem II and two hydrogen cations (H+) from the stroma of the chloroplast, thereby forming plastoquinol (PQH2). It transfers the electrons further down the electron transport chain to plastocyanin, a mobile, water-soluble electron carrier, through the cytochrome b6f protein complex. The cytochrome b6f protein complex catalyzes the electron transfer between plastoquinone and plastocyanin, but also transports the two protons into the lumen of thylakoid discs. This proton transfer forms an electrochemical gradient, which is used by ATP synthase at the end of the light dependent reactions in order to form ATP from ADP and Pi.

Within photosystem II 
Plastoquinone is found within photosystem II in two specific binding sites, known as QA and QB. The plastoquinone at QA, the primary binding site, is very tightly bound, compared to the plastoquinone at QB, the secondary binding site, which is much more easily removed. QA is only transferred a single electron, so it has to transfer an electron to QB twice before QB is able to pick up two protons from the stroma and be replaced by another plastoquinone molecule. The protonated QB then joins a pool of free plastoquinone molecules in the membrane of the thylakoid. The free plastoquinone molecules eventually transfer electrons to the water-soluble plastocyanin so as to continue the light-dependent reactions. There are additional plastoquinone binding sites within photosystem II (QC and possibly QD), but their function and/or existence have not been fully elucidated.

Biosynthesis 
The p-hydroxyphenylpyruvate is synthesized from tyrosine, while the solanesyl diphosphate is synthesized through the MEP/DOXP pathway. Homogentisate is formed from p-hydroxyphenylpyruvate and is then combined with solanesyl diphosphate through a condensation reaction. The resulting intermediate, 2-methyl-6-solanesyl-1,4-benzoquinol is then methylated to form the final product, plastoquinol-9. This pathway is used in most photosynthetic organisms, like algae and plants. However, cyanobacteria appear to not use homogentisate for synthesizing plastoquinol, possibly resulting in a pathway different from the one shown below.

Derivatives
Some derivatives that were designed to penetrate mitochondrial cell membranes (SkQ1 (plastoquinonyl-decyl-triphenylphosphonium), SkQR1 (the rhodamine-containing analog of SkQ1), SkQ3) have anti-oxidant and protonophore activity. SkQ1 has been proposed as an anti-aging treatment, with the possible reduction of age-related vision issues due to its antioxidant ability. This antioxidant ability results from both its antioxidant ability to reduce reactive oxygen species (derived from the part of the molecule containing plastoquinonol), which are often formed within mitochondria, as well as its ability to increase ion exchange across membranes (derived from the part of the molecule containing cations that can dissolve within membranes). Specifically, like plastoquinol, SkQ1 has been shown to scavenge superoxides both within cells (in vivo) and outside of cells (in vitro). SkQR1 and SkQ1 have also been proposed as a possible way to treat brain issues like Alzheimer's due to their ability to potentially fix damages caused by amyloid beta. Additionally, SkQR1 has been shown as a way to reduce the issues caused by brain trauma through its antioxidant abilities, which help prevent cell death signals by reducing the amounts of reactive oxygen species coming from mitochondria.

References

External links
Plastoquinones History, absorption spectra, and analogs.

Photosynthesis
Light reactions
1,4-Benzoquinones
Terpenes and terpenoids
플라스토퀴논(, PQ)은 광합성의 광의존적 반응에서 전자전달계에 관여하는 아이소프레노이드 퀴논 분자이다. PQ-A 또는 PQ-9로 알려진 가장 일반적인 형태의 플라스토퀴논은 9개의 아이소프레닐 단위의 곁사슬을 가지고 있는 2,3-다이메틸-1,4-벤조퀴논 분자이다. 다른 형태의 플라스토퀴논 예를 들어 PQ-3(9개가 아닌 3개의 아이소프레닐 단위의 곁사슬을 가짐)와 같은 더 짧은 곁사슬을 가지는 것처럼 다른 형태의 곁사슬을 가지는 PQ-B, PQ-C, PQ-D와 같은 유사체들이 있다. 벤조퀴논과 아이소프레닐 단위는 둘 다 비극성이며, 일반적으로 소수성 꼬리가 발견되는 지질 이중층의 내부에 분자가 위치한다.

플라스토퀴논은 아이소프레닐 곁사슬의 길이, 메톡시기의 메틸기로의 치환, 퀴논의 2번 위치에 있는 메틸기의 제거에서 차이가 날뿐 유비퀴논(조효소 Q10)과 구조적으로 매우 유사하다. 유비퀴논과 마찬가지로 플라스토퀴논은 플라스토세미퀴놀(불안정), 플라스토퀴놀과 같은 여러 가지 산화 상태로 존재할 수 있다.

환원형인 플라스토퀴놀은 또한 세포막을 손상시킬 수 있는 광합성 반응에서 생성되는 활성 산소를 감소시키는 항산화제 역할을 한다. 이에 대한 예는 플라스토퀴놀이 초과산화물과 반응하여 과산화 수소와 플라스토세미퀴논을 생성하는 것이다.

접두사인 "플라스토-(plasto-)"는 색소체 또는 엽록체를 의미하며, 세포 내에서의 위치를 나타낸다.

광합성에서의 역할 

플라스토퀴논은 광합성의 광의존적 반응에서 틸라코이드 막의 전자 운반체로 역할을 한다.

플라스토퀴논은 광계 II로부터 2개의 전자를 받고 엽록체의 스트로마로부터 2개의 수소 이온(H+)을 받아 플라스토퀴놀(PQH2)로 환원된다. 전자전달계에서 플라스토퀴놀은 사이토크롬 b6f 복합체를 통해 수용성 전자 운반체인 플라스토사이아닌으로 전자를 전달한다. 사이토크롬 b6f 복합체는 플라스토퀴논과 플라스토사이아닌 사이의 전자전달을 촉매하며, 두 개의 수소 이온(H+)을 틸라코이드 내부로 운반한다. 이러한 양성자(H+) 운반은 수소 이온의 전기화학적 기울기를 형성한다. 형성된 전기화학적 기울기는 광의존적 반응에서 ATP 생성효소에 의해 ADP와 Pi로부터 ATP를 생성하는 데 사용된다.

광계 II 내에서 
플라스토퀴논은 광계 II 내의 QA 및 QB로 알려진 두 개의 특정 결합 부위에서 발견된다. 1차 결합 부위인 QA의 플라스토퀴논은 보다 쉽게 제거되는 2차 결합 부위인 QB의 플라스토퀴논에 비해 매우 단단히 결합되어 있다. QA는 단일 전자만 전달하기 때문에 QB가 스트로마로부터 두 개의 수소 이온(H+)를 전달받고 다른 플라스토퀴논 분자로 대체되기 전에 전자를 QB로 두 번 전달해야 한다. 양성자화된 QB는 틸라코이드 막에 있는 유리 플라스토퀴논 분자 풀에 합류한다. 유리 플라스토퀴논 분자는 결국 전자를 수용성 플라스토사이아닌으로 전달하여 광의존적 반응을 지속시킨다. 광계 II (QC 및 가능하면 QD) 내에 추가적인 플라스토퀴논 결합 부위가 있지만, 그 기능 및 존재는 아직까지 완전히 밝혀지지 않았다.

생합성 
p-하이드록시페닐피루브산은 티로신으로부터 합성되는 반면 솔라네실 이인산은 비메발론산 경로를 통해 합성된다. 호모젠티스산은 p-하이드록시페닐피루브산으로부터 생성되고 축합 반응을 통해 솔라네실 이인산과 결합한다. 생성된 대사 중간생성물인 2-메틸-6-솔라네실-1,4-벤조퀴놀은 메틸화되어 최종 생성물인 플라스토퀴놀-9를 생성한다. 이 경로는 조류 및 식물과 같은 대부분의 광합성 생물에서 사용된다. 그러나 남세균은 플라스토퀴놀 합성에 호모젠티스산을 사용하지 않는 것으로 보이며, 아마도 아래에 그림으로 나타낸 것과는 다른 대사 경로를 사용하는 것으로 보인다.

유도체 
미토콘드리아 막(SkQ1 (플라스토퀴논일-데실-트라이페닐포스포늄), SkQR1 (SkQ1의 로다민 함유 유사체), SkQ3)을 투과하도록 설계된 일부 유도체는 항산화제 및 프로토노포어로 작용한다. SkQ1은 항산화 능력으로 인해 노화와 관련된 시력 문제를 줄일 수 있는 노화 방지 치료제로 제안되었다. 이러한 항산화 능력은 미토콘드리아 내에서 종종 생성되는 활성 산소를 감소시키는 항산화 능력(플라스토퀴놀을 포함하는 분자의 부분으로부터 유도됨)과 막을 통한 이온 교환을 증가시키는 능력(막 내에서 용해될 수 있는 양이온을 포함하는 분자의 부분으로부터 유도됨)에 기인한다. 특히 플라스토퀴놀과 마찬가지로 SkQ1은 세포 내(생체 내)와 세포 위부(생체 외) 모두에서 초과산화물을 제거하는 것으로 나타났다. SkQR1 및 SkQ1은 또한 아밀로이드 베타로 인한 손상을 잠재적으로 수정하는 능력으로 인해 알츠하이머병과 같은 뇌 문제를 치료할 수 있는 가능한 방법으로 제안되었다. 또한 SkQR1은 미토콘드리아로부터 나오는 활성 산소의 양을 감소시켜 세포사멸 신호를 예방하는 항산화 능력을 통해 뇌 외상으로 인한 문제를 줄이는 방법으로 밝혀졌다.

같이 보기 
 광합성
 전자전달계
 사이토크롬 b6f 복합체
 플라스토사이아닌

각주

외부 링크 
Plastoquinones History, absorption spectra, and analogs.

광합성
광반응
1,4-벤조퀴논
터펜류