Feofütiin

Feofütiin (lühend Pheo) on keemiline ühend, mis on esimene vahepealne elektronkandja fotosüsteem II-s (lühend PSII) elektrontransportahelas ja purpurbakterite fotosünteesi reaktsioonitsentriks (RC P870). Nendes reaktsiooniahelates on feofütiini rollid analoogsed – mõlemas eraldub reaktsioonitsentrist valguse toimel elektron, mille feofütiin edastab plastokinoonile (Q_A).

Ajalugu ja avastamine

Kuni 1970. aastate lõpuni oli üldlevinud arvamus, et fotosüsteem II elektronide esimeseks retseptoriks on eriline plastokinoon. 1970. aastatel tegid teadlased Navassard Vaganovitš Karapetjan ja Vjatšeslav Klimov hulgaliselt eksperimente tõestamaks, et nimetatud rolli täidab hoopis feofütiin. Kasutades fotosüsteemi uurimiseks mitut meetodit, sh elektronide paramagneetilist resonantsi (EPR), jõudsid nad järeldusele, et feofütiin on redutseeritav ja seega esimene elektronkandja P680 ja plastokinooni vahel. See avastus ei pälvinud alguses teenitud tunnustust ja kohtas tugevat vastuseisu peamiselt seetõttu, et paljud teadlased olid veendunud, et feofütiin on klorofülli lagunemise kõrvalprodukt. Täiendavate uuringutega kinnitati, et feofütiin on fotosüsteem II esimeseks elektronaktseptoriks. Katsed näitasid järgmist:

1. mitmetes PSII reaktsioonitsentreid sisaldavates segudes on vaadeldud feofütiini redutseerumist valguse toimel,
2. feofütiini hulk on proportsionaalne PSII reaktsioonitsentrite hulgaga,
3. feofütiini redutseerumine valguse toimel esineb juba 100K juures ja on vaadeldav ka pärast plastokinooni redutseerumist.

Need vaatlustulemused on iseloomulikud reaktsioonitsentrite komponentide fotokonversioonidele.

Struktuur

Feofütiin a struktuur

Biokeemilisest vaatepunktist on feofütiin klorofülli molekul, mille porfüriiniringist puudub keskne Mg²⁺ ioon. Klorofüllist on kuumutamise ja nõrga happega töötlemise teel võimalik feofütiini saada. Nagu ka klorofülli, on feofütiini mitut tüüpi, tuntumad on feofütiinid a ja b.

Reaktsioonid purpurbakterites

Fotosünteesivatel bakteritel on üsna lihtne fotosünteesisüsteem, mis jaguneb kaheks peamiseks tüübiks vastavalt reaktsioonitsentri koostisele. Purpurbakterite fotoreaktsioonitsentris (RC P870) on feofütiin (tüüp: bakterfeofütiin) esimeseks vahepealseks elektronkandjaks. Reaktsioonitsükli võib jagada viieks põhiliseks etapiks. Kõigepealt neelab reaktsioonitsentri ümber paiknev antenn footoni ja annab eksitonülekande abil energia edasi erilisele bakteriklorofüllide (Chl)₂ paarile, mille tõttu see klorofüllipaar muutub väga tugevaks elektrondoonoriks. Seda iseloomustatakse allpool nähtava reaktsiooniga.

• (Chl)₂ + 1 eksiton → (Chl)₂^* (ergastamine)

Teise etapina annab (Chl)₂ feofütiinile elektroni. Tekib negatiivselt laetud radikaal (feofütiin) ja positiivselt laetud radikaal (eriline klorofüllide paar) – laengud eralduvad.

• (Chl)₂^* + Pheo → ·(Chl)₂⁺ + ·Pheo^- (laengute eraldumine)

Seejärel annab feofütiin elektroni tihedalt pakkunud kinooni molekulile Q_A, mistõttu see muutub semikinooni radikaaliks. See omakorda annab elektroni kohe üle nõrgalt pakkunud kinooni molekulile Q_B. Q_B redutseerub täielikult kahe sellise elektronülekande tulemusena, tekib (Q_BH₂).

• 2·Pheo^- + 2H⁺ + Q_B → 2Pheo + Q_BH₂ (kinooni redutseerumine)

Viies ja ühtlasi viimane etapp taastab reaktsioonitsentri esialgse oleku. Eriline klorofüllide paar saab tsütokroom c heemist tagasi kaotatud elektroni ja tsükkel saab uuesti alata.

Feofütiini roll fotosüsteem II-s

Fotosüsteem II-s täidab feofütiin väga sarnast rolli kui purpurbakterite fotosünteesis. Feofütiin on jällegi fotosüsteemi esimene vahepealne elektronkandja. Pärast P680 ergastumist (tekib P680^*) annab see elektroni väga kiiresti (mõne pikosekundi jooksul) edasi feofütiinile, mistõttu muutub feofütiin negatiivse laenguga radikaaliks. Negatiivselt laetud feofütiini radikaal annab elektroni edasi valguga seotud plastokinoonile PQ_A, mis edastab selle omakorda teisele, nõrgemalt pakkunud plastokinoonile PQ_B. Lõpuks liiguvad elektronid läbi tsütokroom b₆f molekuli ja väljuvad fotosüsteem II-st. Tutvu eelneva purpurbakterite reaktsioonide ülevaatega, et paremini mõista tegelikku elektronide liikumist feofütiinis ja fotosüsteemis. Üldine skeem:

1. ergastamine,
2. laengute eraldumine,
3. plastokinooni reduktsioon,
4. substraatide taastamine.

Feofütiin meditsiinis

Feofütiin on antioksüdantsete omadustega, kuid on nõrgem antioksüdant kui klorofüll.

Hiljutine uurimus annab lootust, et feofütiin võib saada uueks C-hepatiidi kontrolli all hoidmise ravimiks. Kuslapuust (Lonicera hypoglauca Miq.) eraldatud feofütiin a on tugeva C-hepatiiti inhibeeriva toimega.

Roll kokanduses

Toiduvalmistamisel peetakse oluliseks roheliste köögiviljade värvi säilitamist. Happelise keskkonna ja kuumutamise toimel võib toiduaines sisalduv klorofüll feofütiiniks laguneda, mistõttu köögivili muutub hallikaks või oliivpruuniks. Selle vältimiseks tuleks toiduvalmistamisel kuumutamisaeg hoida võimalikult lühikesena, lisada toidu sisse suhkrut ja esimesed minutid kuumutada toitu ilma kaaneta, et saaksid eemalduda lenduvad orgaanilised happed.

Kirjandus

• Vyacheslav V. Klimov. Discovery of pheophytin function in the photosynthetic energy conversion as the primary electron acceptor of Photosystem II. Photosynthesis Research, Vol 76, 2003, lk 247–253.
• Pierre Dorlet, Ling Xiong, Richard T.Sayres, Sun Un. High field EPR Study of the Pheophytin Anion Radical in Wild Type and D1-E130 Mutants of Photosystem II in Chlamydomonas reinhardtii. The Journal of Biological Chemistry. Vol 276, Nr 25, 06/2001, lk 22313-22316. DOI 10.1074/jbc.M102475200
• Nelson, David L.; Cox, Michael M. Lehninger Principles of Biochemistry, Fourth Edition. New York, W. H. Freeman, 2005.
• Brown, A. Understanding Food: Principles and Preparation, Fourth Edition. Ameerika Ühendriigid, Cengage Learning, Inc., 2011, lk 272–273.