хлорофиллаза
 | Эта статья нуждается в дополнительных цитатах для проверки . ( август 2021 г. ) |
| хлорофиллаза | |||
|---|---|---|---|
 Хлорофиллаза мягкой пшеницы со связанным кальцием (серый цвет) и выделенными дисульфидными связями. PDB : 8FJD | |||
| Идентификаторы | |||
| Номер ЕС. | 3.1.1.14 | ||
| Номер CAS. | 9025-96-1 | ||
| Базы данных | |||
| ИнтЭнк | вид IntEnz | ||
| БРЕНДА | БРЕНДА запись | ||
| Экспаси | Просмотр NiceZyme | ||
| КЕГГ | КЕГГ запись | ||
| МетаЦик | метаболический путь | ||
| ПРЯМОЙ | профиль | ||
| PDB Структуры | RCSB PDB PDBe PDBsum | ||
| Генная онтология | АмиГО / QuickGO | ||
| |||
| хлорофиллаза | |||
|---|---|---|---|
| Идентификаторы | |||
| Символ | хлорофиллаза | ||
| Пфам | PF07224 | ||
| Пфам Клан | CL0028 | ||
| ИнтерПро | ИПР017395 | ||
| |||
Хлорофиллаза является важным ферментом метаболизма хлорофилла . Это мембранные белки, широко известные как хлаза (EC 3.1.1.14, CLH ) с систематическим названием хлорофилл-хлорофиллогидролаза . Он катализирует реакцию
- хлорофилл + H 2 O = фитол + хлорофиллид
Хлорофиллазу можно обнаружить в хлоропластах , тилакоидных мембранах и этиопластах, по крайней мере, высших растений, таких как папоротники, мхи, бурые и красные водоросли и диатомовые водоросли. Хлаза является катализатором гидролиза хлорофилла с образованием хлорофиллида (также называемого хлидом) и фитола . Также известно, что он участвует в этерификации хлорида и переэтерификации . Фермент оптимально функционирует при pH 8,5 и 50 °C. [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]
Роль хлорофиллазы в распаде хлорофилла
[ редактировать ]Большое значение для всех фотосинтезирующих организмов имеет хлорофилл, поэтому его синтез и распад строго регулируются на протяжении всего жизненного цикла растения. Распад хлорофилла наиболее заметен при сезонных изменениях, когда осенью растения теряют зеленый цвет; это также проявляется в созревании плодов, старении листьев и цветении. На этом первом этапе хлорофиллаза инициирует катаболизм хлорофилла с образованием хлорофиллида. Деградация хлорофилла происходит при обмене хлорофилла, а также в случае гибели клеток, вызванной травмами, атакой патогенов и другими внешними факторами.
Роль хлорофиллазы двоякая, поскольку она участвует в обоих процессах дезеленения, таких как осенняя окраска, а также считается, что она участвует в обмене и гомеостазе хлорофиллов. Хлорофиллазный катализ начальной стадии распада хлорофилла важен для развития и выживания растений. Распад служит предпосылкой детоксикации потенциально фототоксичного хлорофилла и промежуточных продуктов хлорофилла, поскольку он сопровождает старение листьев до нефлуоресцентных катаболитов. Поэтому быстрая деградация хлорофилла и его промежуточных продуктов необходима для предотвращения повреждения клеток из-за потенциальной фототоксичности хлорофилла. [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ]
Реакция и механизм, катализируемые хлорофиллазой
[ редактировать ]Хлорофиллаза катализирует гидролиз сложноэфирной связи с образованием хлорофиллида и фитола. Он реагирует посредством переэтерификации или гидролиза сложного эфира карбоновой кислоты, в котором его природными субстратами являются 13-ОН-хлорофилл а, бактериохлорофилл и хлорофилл а.
Гидролиз хлорофилла начинается с атаки карбонильной группы хлорофилла кислородом гидроксильной группы ключевого серинового остатка хлорофиллазы. Эта атака образует тетраэдрическое переходное состояние. Двойная связь атакованного карбонила преобразуется, и серин затем этерифицируется до хлорофиллида. Фитольная группа, следовательно, покидает соединение и заменяет остаток серина в ферменте хлорофиллазы. Добавление воды в реакцию отщепляет фитол от фермента. Затем, посредством обратной реакции, кислород гидроксильной группы из воды на предыдущем этапе атакует карбонил промежуточного соединения, чтобы сформировать другое тетраэдрическое переходное состояние. Двойная связь карбонила образуется снова, остаток серина возвращается к хлорофиллазе, а сложный эфир хлорофилла теперь представляет собой карбоновую кислоту. Этот продукт является хлорофиллидом. [ 7 ]
Затем хлорофиллид расщепляется до феофорбида а . После образования феофорбида а порфириновое кольцо расщепляется феофорбидом а оксигеназой (ПАО) с образованием RCC ( красный катаболит хлорофилла ), в результате чего растение теряет свой зеленый цвет. RCC затем разбивается на pFCC. [ 8 ]
Регулирование
[ редактировать ]Посттрансляционная регуляция
[ редактировать ]Citrus sinesis и Chenopodium album были первыми растениями, из которых были выделены гены, кодирующие хлорофиллазу. Эти эксперименты выявили нехарактерную кодируемую последовательность (21 аминокислота у Citrus sinensis и 30 аминокислот у Chenopodium album ), расположенную на N-конце, которая отсутствовала в зрелом белке. Фермент хлорофилаза является разумным выбором в качестве фермента, ограничивающего скорость катаболического пути, поскольку в цитрусовых, обработанных этиленом, индуцируется градуирование и экспрессия хлорофиллазы . Однако недавние данные показывают, что хлорофиллаза экспрессируется на низких уровнях во время естественного развития плодов, когда обычно происходит катаболизм хлорофилла. Кроме того, некоторые данные свидетельствуют о том, что активность хлорофиллазы не соответствует степени ее повышения во время естественного старения. Наконец, есть данные, что хлорофиллаза обнаружена во внутренней оболочке хлоропласта, где она не контактирует с хлорофиллом. Недавние исследования, основанные на противоречивых данных, показали, что хлорофиллаза в Отсутствие 21 аминокислотной последовательности на N-конце цитрусовых приводит к обширному распаду хлорофилла и эффекту разложения, который должен наблюдаться in vivo . Это расщепление происходит во фракции мембран хлоропластов. Однако как полная хлорофиллаза, так и расщепленная зрелая хлорофиллаза продемонстрировали сходные уровни активности в анализе in vitro . Эти данные позволяют предположить, что зрелый белок легче вступает в контакт со своим субстратом из-за N-концевой последовательности и происходит некоторая естественная регуляция, которая напрямую влияет на активность фермента. Другая возможность заключается в том, что отсеки суборганелл разрушаются, что приводит к увеличению активности фермента. [ 9 ]
Другие формы регулирования
[ редактировать ]Хлорофиллид, продукт реакции, катализируемой хлорофиллазой, спонтанно соединяется с растительными липидами, такими как липосомы фосфатидилхолина, а также с сульфохиновозилдиацилглицерином . Эти два липида совместно ингибируют активность хлорофиллазы, но это ингибирование можно обратить вспять присутствием двухвалентного катиона Mg++. [ 10 ] Активность хлорофиллазы зависит также от рН и ионного содержания среды. Значения kcat и kcat/Km хлорофиллазы в присутствии хлорофилла показали значения pKa 6,3 и 6,7 соответственно. Температура также влияет на активность хлорофиллазы. Хлорофиллаза пшеницы активна при температуре от 25 до 75 °С. Фермент инактивируется при температуре выше 85°С. Хлорофиллаза пшеницы стабильна на 20 °C выше, чем другие хлорофиллазы. Эти другие хлорофиллазы могут оставаться активными при температуре до 55 °C. [ 11 ]
Этилен индуцирует синтез хлорофиллазы и способствует сортировке цитрусовых. Хлорофиллаза была обнаружена в белковых экстрактах фруктов, обработанных этиленом. В плодах, обработанных этиленом, активность хлорофиллазы увеличилась в 5 раз за 24 часа. В частности, этилен индуцирует повышенную скорость транскрипции гена хлорофиллазы. [ 12 ] [ 13 ]
Имеются также доказательства наличия высококонсервативного домена серинлипазы в ферменте хлорофиллазы, который содержит остаток серина, необходимый для активности фермента. Остатки гистидны и аспарагиновой кислоты также входят в состав каталитической триады хлорофиллазы как серингидролазы . Таким образом, специфические ингибиторы механизма серингидролазы эффективно ингибируют фермент хлорофилазу. Кроме того, мутации этих конкретных аминокислотных остатков приводят к полной потере функции, поскольку мутации изменяют каталитический сайт фермента хлорофиллазы. [ 7 ]
Ссылки и дальнейшее чтение
[ редактировать ]- ^ Йи Й, Кермаша С, Нойфельд Р (декабрь 2006 г.). «Характеристика золь-гель-захваченной хлорофиллазы». Биотехнология. Биоинж . 95 (5): 840–9. дои : 10.1002/бит.21027 . ПМИД 16804946 . S2CID 27838368 .
- ^ Хорнеро-Мендес Д., Мингес-Москера М.И. (2001). «Свойства хлорофиллазы плодов Capsicum annuum L. » . З. Натурфорш. С. 56 (11–12): 1015–21. дои : 10.1515/znc-2001-11-1219 . ПМИД 11837653 . S2CID 25357466 .
- ^ Цучия Т., Охта Х., Окава К. и др. (декабрь 1999 г.). «Клонирование хлорофиллазы, ключевого фермента деградации хлорофилла: обнаружение липазного мотива и индукция метилжасмонатом» . Учеб. Натл. акад. наук. США . 96 (26): 15362–7. Бибкод : 1999PNAS...9615362T . дои : 10.1073/pnas.96.26.15362 . ПМК 24824 . ПМИД 10611389 .
- ^ Хёртенштейнер С. (октябрь 1999 г.). «Расщепление хлорофилла у высших растений и водорослей» . Клетка. Мол. Наука о жизни . 56 (3–4): 330–47. дои : 10.1007/s000180050434 . ПМЦ 11149549 . ПМИД 11212360 . S2CID 27271001 . [ постоянная мертвая ссылка ]
- ^ Окадзава А., Танго Л., Ито Ю., Фукусаки Э., Кобаяши А. (2006). «Характеристика и субклеточная локализация хлорофиллазы гинкго двулопастного » . З. Естественные науки. С. 61 (1–2): 111–7. дои : 10.1515/znc-2006-1-220 . ПМИД 16610227 . S2CID 15483857 .
- ^ Фанг З., Букамп Дж., Соломос Т. (1998). «Активность хлорофиллазы и деградация хлорофилла во время старения листьев у нежелтеющих мутантов и дикого типа Phaseolus vulgaris L. ». Дж. Эксп. Бот . 49 (320): 503–10. дои : 10.1093/jexbot/49.320.503 .
- ^ Jump up to: а б Цучия Т., Сузуки Т., Ямада Т. и др. (январь 2003 г.). «Хлорофиллаза как серингидролаза: идентификация предполагаемой каталитической триады». Физиол растительной клетки . 44 (1): 96–101. дои : 10.1093/pcp/pcg011 . ПМИД 12552153 .
- ^ Перес-Гальвес, Антонио; Рока, Мария (2017). «Филлобилины». Исследования по химии натуральных продуктов . 52 : 159–191. дои : 10.1016/B978-0-444-63931-8.00004-7 .
- ^ Харпаз-Саад С., Азулай Т., Арази Т. и др. (март 2007 г.). «Хлорофиллаза является ферментом, ограничивающим скорость катаболизма хлорофилла и регулируется посттрансляционно» . Растительная клетка . 19 (3): 1007–22. дои : 10.1105/tpc.107.050633 . ПМЦ 1867358 . ПМИД 17369368 .
- ^ Ламберс Дж. В., Терпстра В. (октябрь 1985 г.). «Инактивация хлорофиллазы отрицательно заряженными липидами мембран растений». Биохим. Биофиз. Акта . 831 (2): 225–35. дои : 10.1016/0167-4838(85)90039-1 . ПМИД 4041468 .
- ^ Аркус К.А., Кахун Э.Б., Джез Дж.М. (июнь 2005 г.). «Механистический анализ хлорофиллазы пшеницы». Арх. Биохим. Биофиз . 438 (2): 146–55. дои : 10.1016/j.abb.2005.04.019 . ПМИД 15913540 .
- ^ Требич Т., Гольдшмидт Э.Э., Риов Дж. (октябрь 1993 г.). «Этилен индуцирует de novo синтез хлорофиллазы, фермента, разлагающего хлорофилл, в кожуре цитрусовых» . Учеб. Натл. акад. наук. США . 90 (20): 9441–5. Бибкод : 1993PNAS...90.9441T . дои : 10.1073/pnas.90.20.9441 . ПМК 47584 . ПМИД 11607429 .
- ^ Джейкоб-Уилк Д., Холланд Д., Гольдшмидт Э.Э., Риов Дж., Эял Ю. (декабрь 1999 г.). «Расщепление хлорофилла хлорофиллазой: выделение и функциональная экспрессия гена Chlase1 из обработанных этиленом цитрусовых и его регуляция во время развития». Плант Дж . 20 (6): 653–61. дои : 10.1046/j.1365-313X.1999.00637.x . ПМИД 10652137 .
