Хлорофиллаза - Википедия - Chlorophyllase

Хлорофиллаза
Идентификаторы
Номер ЕС3.1.1.14
Количество CAS9025-96-1
Базы данных
IntEnzПросмотр IntEnz
БРЕНДАBRENDA запись
ExPASyПросмотр NiceZyme
КЕГГЗапись в KEGG
MetaCycметаболический путь
ПРИАМпрофиль
PDB структурыRCSB PDB PDBe PDBsum
Генная онтологияAmiGO / QuickGO
Хлорофиллаза
Идентификаторы
СимволХлорофиллаза
PfamPF07224
Pfam кланCL0028
ИнтерПроIPR017395

Хлорофиллаза (клаур-Эм-м-м-fil-эйс)[1] это ключ фермент в хлорофилл метаболизм. Это мембранный белок это широко известно как хлаза (EC 3.1.1.14, CLH) и систематически известная как хлорофилл-хлорофиллидогидролаза. Хлорофиллаза содержится в хлоропласт, тилакоидная мембрана и этиопласт по крайней мере высших растений, таких как папоротники, мхи, коричневые и красные водоросли и диатомовые водоросли. Хлаза является катализатором гидролиза хлорофилла с образованием хлорофиллида (также называемого хлоридом) и фитол. Также известно, что он действует при этерификации хлорида и переэтерификация. Фермент оптимально функционирует при pH 8,5 и 50 ° С.[2][3][4]


Роль хлорофиллазы в распаде хлорофилла

Очень важно для всех фотосинтетический организмов является хлорофилл, поэтому его синтез и распад строго регулируются на протяжении всего жизненного цикла растения. Распад хлорофилла наиболее очевиден в сезонных изменениях, когда растения теряют зеленый цвет осенью; 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 круговороте хлорофилла, а также в случае гибели клеток, вызванной травмами, патогенными атаками и другими внешними факторами.

Роль хлорофиллазы двоякая, поскольку она участвует в обоих процессах обесцвечивания, таких как осенняя окраска, а также считается, что она участвует в круговороте и гомеостаз хлорофиллов. Катализ хлорофиллазы на начальной стадии распада хлорофилла важен для развития и выживания растений. Распад служит предпосылкой для детоксикации потенциально фототоксичных хлорофилла и промежуточных продуктов хлорофилла, поскольку он сопровождает старение листьев до нефлуоресцентных катаболитов. Следовательно, быстрое разложение хлорофилла и его промежуточных продуктов необходимо для предотвращения повреждения клеток из-за потенциальной фототоксичности хлорофилла.[5][6][7]

Реакция и механизм, катализируемые хлорофиллазой

Хлорофиллаза катализирует гидролиз сложноэфирной связи с образованием хлорофиллида и фитола. Он реагирует путем переэтерификации или гидролиза сложного эфира карбоновой кислоты, в котором его естественными 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 формирует тетраэдрическое переходное состояние. Двойная связь атакованного карбонила преобразуется, и серин затем этерифицируется до хлорофиллида. Фитольная группа, следовательно, покидает соединение и замещает сериновый остаток фермента хлорофиллазы. Добавление воды в реакцию отщепляет фитол от фермента. Затем, посредством обратной реакции, кислород на гидроксигруппе воды на предыдущем этапе атакует карбонил промежуточного соединения с образованием другого тетраэдрического переходного состояния. Снова образуется двойная связь карбонила, и остаток серина возвращается в хлорофиллазу, а сложный эфир хлорофилла теперь представляет собой карбоновую кислоту. Этот продукт - хлорофиллид.[8]

Затем хлорофиллид распадается на Феофорбид А. После образования Pheophorbide a кольцо порофина расщепляется Pheophorbide-оксидом с образованием ПКР, в результате чего растение теряет свой зеленый цвет. Затем RCC разбивается на pFCC.

Регулирование

Посттрансляционное регулирование

Цитрусовый синезис и Chenopodium альбом были первыми растениями, из которых были выделены гены, кодирующие хлорофиллазу. Эти эксперименты выявили нехарактерную кодируемую последовательность (21 аминокислота в Citrus sinensis и 30 аминокислот в Chenopodium альбом), расположенный на N-конце, который отсутствовал у зрелого белка. Фермент хлорофиллаза является разумным выбором в качестве фермента, ограничивающего скорость катаболического пути, поскольку дегринирование и экспрессия хлорофиллазы индуцируются в обработанных этиленом Цитрусовые. Однако недавние данные показывают, что хлорофиллаза экспрессируется на низких уровнях во время естественного развития плодов, когда обычно имеет место катаболизм хлорофилла. Кроме того, некоторые данные свидетельствуют о том, что активность хлорофиллазы не согласуется с обеззеленением во время естественного старения. Наконец, есть доказательства того, что хлорофиллаза была обнаружена во внутренней оболочке мембраны хлоропласта, где она не контактирует с хлорофиллом. Недавние исследования, основанные на противоречивых данных, показали, что хлорофиллаза в Цитрусовые отсутствие 21-аминопоследовательности на N-конце приводит к обширному разрушению хлорофилла и необходимому эффекту обезвоживания. in vivo. Это расщепление происходит во фракции мембран хлоропластов. Однако как полная хлорофиллаза, так и расщепленная зрелая хлорофиллаза демонстрировали одинаковые уровни активности у in vitro проба. Эти данные свидетельствуют о том, что зрелый белок легче контактирует 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 компартменты суборганелл разрушаются, что способствует большей активности фермента.[9]

Другие формы регулирования

Хлорофиллид, продукт реакции, катализируемой хлорофиллазой, спонтанно соединяется с растительными липидами, такими как фосфатидилхолин липосомы вместе с сульфохиновозилдиацилглицерин. Эти два липида совместно подавляют активность хлорофиллазы, но это ингибирование может быть отменено присутствием двухвалентного катиона Mg ++.[10] Активность хлорофиллазы также зависит от pH и содержания ионов в среде. 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 ° C. Фермент инактивируется при температуре выше 85 ° C. 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 обеззеленению цитрусовых. Хлорофиллаза была обнаружена в белковых экстрактах плодов, обработанных этиленом. Плоды, обработанные этиленом, показали, что активность хлорофиллазы увеличилась в 5 раз за 24 часа. Этилен, в частности, индуцирует повышенную скорость транскрипции гена хлорофиллазы.[12][13]

Имеются также данные о высококонсервативном домене сериновой липазы в ферменте хлорофиллазы, который содержит остаток серина, необходимый для активности фермента. Остатки гистидна и аспарагиновой кислоты также являются частью каталитической триады хлорофиллазы в качестве сериновая гидролаза. Следовательно, специфические ингибиторы механизма серингидролазы эффективно ингибируют фермент хлорофиллазы. Кроме того, мутации в этих конкретных аминокислотных остатках вызывают полную потерю функции, поскольку мутации изменяют каталитический сайт фермента хлорофиллазы.[8]

Ссылки и дополнительная литература

  1. ^ хлорофиллаза - определения с Dictionary.com
  2. ^ Йи Й, Кермаша С., Нойфельд Р. (декабрь 2006 г.). «Характеристика золь-гель захваченной хлорофиллазы». Biotechnol. Bioeng. 95 (5): 840–9. Дои:10.1002 / бит. 21027. PMID  16804946.
  3. ^ Hornero-Méndez D, Mínguez-Mosquera MI (2001). «Свойства хлорофиллазы из Capsicum annuum L. фрукты ». Z. Naturforsch. C. 56 (11–12): 1015–21. Дои:10.1515 / znc-2001-11-1219. PMID  11837653.
  4. ^ Цутия Т., Охта Х, Окава К. и др. (Декабрь 1999 г.). «Клонирование хлорофиллазы, ключевого фермента деградации хлорофилла: обнаружение липазного мотива и индукция метилжасмонатом». Proc. Natl. Акад. Sci. СОЕДИНЕННЫЕ ШТАТЫ АМЕРИКИ. 96 (26): 15362–7. Дои:10.1073 / пнас.96.26.15362. ЧВК  24824. PMID  10611389.
  5. ^ Hörtensteiner S (октябрь 1999 г.). «Распад хлорофилла в высших растениях и водорослях». Клетка. Мол. Life Sci. 56 (3–4): 330–47. Дои:10.1007 / с000180050434. PMID  11212360.[постоянная мертвая ссылка ]
  6. ^ Окадзава А, Танго Л, Ито И, Фукусаки Э, Кобаяши А (2006). «Характеристика и субклеточная локализация хлорофиллазы из Гинкго билоба". Z. Naturforsch. C. 61 (1–2): 111–7. Дои:10.1515 / znc-2006-1-220. PMID  16610227.
  7. ^ Фанг З., Боукамп Дж, Соломос Т. (1998). «Активность хлорофиллазы и деградация хлорофилла во время старения листьев у не желтеющих мутантов и дикого типа Phaseolus vulgaris L.". J. Exp. Бот. 49 (320): 503–10. Дои:10.1093 / jexbot / 49.320.503.
  8. ^ а б Цучия Т., Сузуки Т., Ямада Т. и др. (Январь 2003 г.). «Хлорофиллаза как серингидролаза: идентификация предполагаемой каталитической триады». Физиология растительной клетки. 44 (1): 96–101. Дои:10.1093 / pcp / pcg011. PMID  12552153.
  9. ^ 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. ЧВК  1867358. PMID  17369368.
  10. ^ Lambers JW, Terpstra W. (октябрь 1985 г.). «Инактивация хлорофиллазы отрицательно заряженными липидами мембран растений». Биохим. Биофиз. Acta. 831 (2): 225–35. Дои:10.1016/0167-4838(85)90039-1. PMID  4041468.
  11. ^ Аркус К.А., Кахун Е.Б., Джез Дж.М. (июнь 2005 г.). «Механистический анализ хлорофиллазы пшеницы». Arch. Biochem. Биофизы. 438 (2): 146–55. Дои:10.1016 / j.abb.2005.04.019. PMID  15913540.
  12. ^ Требич Т., Гольдшмидт Э., Риов Дж (октябрь 1993 г.). «Этилен индуцирует de novo синтез хлорофиллазы, фермента, разлагающего хлорофилл, в кожуре цитрусовых». Proc. Natl. Акад. Sci. СОЕДИНЕННЫЕ ШТАТЫ АМЕРИКИ. 90 (20): 9441–5. Дои:10.1073 / пнас.90.20.9441. ЧВК  47584. PMID  11607429.
  13. ^ Джейкоб-Уилк Д., Холланд Д., Гольдшмидт Э., Риов Дж., Эял Й. (декабрь 1999 г.). «Распад хлорофилла хлорофиллазой: выделение и функциональная экспрессия гена Chlase1 из обработанных этиленом плодов цитрусовых и его регулирование во время развития». Завод J. 20 (6): 653–61. Дои:10.1046 / j.1365-313X.1999.00637.x. PMID  10652137.