Bakterioklorofyller

Bakterioklorofyller  är en heterogen grupp av fotosyntetiska tetrapyrrolpigment som syntetiseras av olika syrefria fototrofa bakterier som utför fotosyntes utan syreutveckling .

De spektrala egenskaperna hos bakterioklorofyller i celler skiljer sig väsentligt från lösningar och bestäms av icke-kovalenta interaktioner av deras molekyler med proteiner som innehåller dem, såväl som med varandra.

Kemisk struktur av bakterioklorofyller

Bakterioklorofyllerna a , b och g  är bakteriokloriner , det vill säga de innehåller en bakterioklorinmakrocykel med två reducerade pyrrolringar (II och IV).

Bakterioklorofyller c-f , liksom klorofyller, har en klormakrocykelring med en enda helt reducerad pyrrolring IV. Till skillnad från alla andra klorofyller och bakterioklorofyller saknar de -COOCH 3 - resten i R5-positionen , vilket är karakteristiskt för alla andra klorofyller och bakterioklorofyller. Var och en av dessa bakterioklorofyller har flera former, som skiljer sig åt i radikalerna R 3 och R 4 , såväl som i den förestringande alkoholen R 5 [1] [2] .

Kemiska egenskaper

Bakterioklorofyller är instabila mot ljus, syror och oxidationsmedel. I polära lösningsmedel (till exempel i metanol) genomgår de lätt allomerisering; i närvaro av syror förlorar de den centrala magnesiumatomen (de är feofytiniserade) och/eller förestringsresten (fytol/farnesol/geranylgeriniol, etc.) [3] .

Bakterioklorofyller b   och g , som har en etylidenrest vid C-8, isomeriserar i ett lätt surt medium för att bilda klorer. Bakterioklorofyll g är särskilt lätt att isomerisera , vilket resulterar i klorofyll a G [4] .

Under inverkan av syre i bakterioklorofyllernas molekyler uppstår en oxidativ bristning av den femledade ringen V; i framtiden kan de bildade syraresterna vid C-13- och C-14-atomerna åter sluta till en sexledad anhydridring med bildning av bakteriopurpuriner eller purpuriner [3] [5] .  

Biosyntes

Ett förenklat schema för biosyntesen av bakterioklorofyllider a, b och g , samt (E,M)-bakterioklorofyllider c-e [6] [7] visas i figuren.

Tidigare antogs att det första steget i biosyntesen av bakterioklorofyller c-e, bildningen av ring V utan en karboximetylsubstituent vid C13 2 , kan ske även innan bildandet av 3,8-divinyl-protoklorofyllid a [8] . Detta anses för närvarande osannolikt [6] [9] .

Det sista steget i biosyntesen, omvandlingen av bakterioklorofyllider till bakterioklorofyller, utförs med hjälp av esteraser som kodas av BchG-gener i bakterioklorofyll a, b och g och BchK i klorofyll. I syntesen av metylerade former av bakterioklorofyller c-e deltar också metylas C12 1 -kol BchR och C8 2 -metylas BchQ. Uppenbarligen är deras substrat vilka som helst klorofyllider med en hydroximetylrest vid C3, d.v.s. metylering kan ske i vilket skede som helst efter bildningen av 8-etyl-12-metyl-bakterioklorofyllid d .

Distribution

Det mest utbredda pigmentet av syrefria fototrofa bakterier är bakterioklorofyll a . Det är det dominerande klorpigmentet i reaktionscentra för de flesta fototrofa proteobakterier, alla gröna svavelbakterier (Chlorobiaceae) och filamentösa anoxygena fototrofer (Chloroflexia). I ett fåtal fototrofa proteobakterier är bakterioklorofyll a helt ersatt av bakterioklorofyll b . Bakterioklorofyll g finns endast i en grupp bakterier, liten i termer av antal arter och utbredning, heliobakterier .

Bakterioklorofyller c-f finns uteslutande i klorosomer, speciella fotosyntetiska antennkomplex som finns i alla gröna svavelbakterier (Chlorobiales) , vissa trådformiga anoxygena fototrofer (Chloroflexia), såväl som i den nyligen upptäckta photoheterotrophic acidobacterium Chloracidobacterium thermophilum .

Anteckningar

1. ↑ Scheer, H. (2006). En översikt av klorofyller och bakterioklorofyller: biokemi, biofysik, funktioner och tillämpningar   I: B. Grimm et al. (red): Klorofyller och bakterioklorofyller. Springer Nederländerna. (sid. 1-26)
2. ↑ Orf, GS, Blankenship, RE (2013). Klorosomantennkomplex från gröna fotosyntetiska bakterier. Photosynthesis research ,  116 (2-3), sid. 15-331.
3. ↑ 1 2 Keely, BJ (2006). Geokemi av klorofyller. I  Chlorophylls and Bacteriochlorophylls  (s. 535-561). Springer Nederländerna.
4. ↑ Kobayashi, M., Hamano, T., Akiyama, M., Watanabe, T., Inoue, K., Oh-oka, H., Amesz J., Yamamura M., Kise, H. (1998). Ljusoberoende isomerisering av bakterioklorofyll g till klorofyll a katalyserad av svaga syror in vitro. Analytica chimica acta ,  365 (1), 199-203.
5. ↑ Grin, MA, & Mironov, AF (2008). Syntetiska och naturliga bakteriokloriner: syntes, egenskaper och tillämpningar. I: Kemiska processer med deltagande av biologiska och relaterade föreningar: biofysiska och kemiska aspekter av porfyriner, pigment, läkemedel, biologiskt nedbrytbara polymerer och nanofibrer , 5.
6. ↑ 1 2 Liu, Z., & Bryant, D. A. (2011). Identifiering av en gen som är väsentlig för det första engagerade steget i biosyntesen av bakterioklorofyll c. Journal of Biological Chemistry ,  286 (25), 22393-22402.
7. ↑ Tsukatani Y., Yamamoto H., Harada J., Yoshitomi T., Nomata J., Kasahara M., Mizoguchi T., Fujita Y., Tamiaki H. (2013). En oväntat förgrenad biosyntesväg för bakterioklorofyll b kan absorbera nära-infrarött ljus. Vetenskapliga rapporter ,  3 .
8. ↑ Frigaard, NU, Chew, AGM, Maresca, JA, & Bryant, D.A. (2006). Bakterioklorofyllbiosyntes i gröna bakterier. I  Chlorophylls and Bacteriochlorophylls  (s. 201-221). Springer Nederländerna.
9. ↑ Harada, J., Teramura, M., Mizoguchi, T., Tsukatani, Y., Yamamoto, K., & Tamiaki, H. (2015). Stereokemisk omvandling av C3-vinylgrupp till 1-hydroxietylgrupp i bakterioklorofyll c av hydrataserna BchF och BchV: anpassning av gröna svavelbakterier till miljöer med begränsad ljus. Molecular Microbiology ,  98 (6), 1184-1198.
10. ↑ Bryant, Donald A.; Costas, A.M.; Maresca, JA & Chew, AG (2007-07-27), Candidatus Chloracidobacterium thermophilum: An Airobic Phototrophic Acidobacterium , Science T. 317 (5837): 523–526, PMID 17656724 , doi : 36/261 , http: 10.261, http: 10.261, http //www.sciencemag.org/cgi/content/abstract/317/5837/523 > Arkiverad 14 september 2009 på Wayback Machine