La clorofilasa (klawr- uh - fil -eys) [1] es la enzima clave en el metabolismo de la clorofila . Es una proteína de membrana que se conoce comúnmente como clasa ( EC 3.1.1.14 , CLH ) y sistemáticamente conocida como clorofila clorofilidohidrolasa. La clorofilasa se puede encontrar en el cloroplasto , la membrana tilacoide y el etioplasto de al menos plantas superiores como helechos, musgos, algas marrones y rojas y diatomeas. La clasa es el catalizador de la hidrólisis de la clorofila para producir clorofilida (también llamada cloruro) yfitol . También se sabe que funciona en la esterificación del cloruro y la transesterificación . La enzima funciona de manera óptima a pH 8,5 y 50 ° C. [2] [3] [4]
Clorofilasa | ||||||||
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Identificadores | ||||||||
CE no. | 3.1.1.14 | |||||||
No CAS. | 9025-96-1 | |||||||
Bases de datos | ||||||||
IntEnz | Vista IntEnz | |||||||
BRENDA | Entrada BRENDA | |||||||
FÁCIL | NiceZyme vista | |||||||
KEGG | Entrada KEGG | |||||||
MetaCyc | camino metabólico | |||||||
PRIAM | perfil | |||||||
Estructuras PDB | RCSB PDB PDBe PDBsum | |||||||
Ontología de genes | AmiGO / QuickGO | |||||||
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Clorofilasa | ||||||||
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Identificadores | ||||||||
Símbolo | Clorofilasa | |||||||
Pfam | PF07224 | |||||||
Clan pfam | CL0028 | |||||||
InterPro | IPR017395 | |||||||
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Papel de la clorofilasa en la degradación de la clorofila
De gran importancia para todos los organismos fotosintéticos es la clorofila, por lo que su síntesis y descomposición están estrechamente reguladas a lo largo de todo el ciclo de vida de la planta. La descomposición de la clorofila es más evidente en los cambios estacionales, ya que las plantas pierden su color verde en el otoño; también es evidente en la maduración del fruto, la senescencia foliar y la floración. En este primer paso, la clorofilasa inicia el catabolismo de la clorofila para formar clorofilida. La degradación de la clorofila ocurre en el recambio de la clorofila, así como en el caso de muerte celular causada por lesiones, ataque patógeno y otros factores externos.
El papel de la clorofilasa es doble, ya que funciona en ambos procesos de desverdecimiento, como la coloración otoñal, y también se cree que está involucrada en el recambio y homeostasis de las clorofilas. La catálisis de clorofilasa del paso inicial de la descomposición de la clorofila es importante para el desarrollo y la supervivencia de las plantas. La descomposición sirve como un requisito previo en la desintoxicación de la clorofila y los intermedios de clorofila potencialmente fototóxicos, ya que acompaña a la senescencia de la hoja a catabolitos no fluorescentes. Por lo tanto, es necesaria una rápida degradación de la clorofila y sus intermediarios para prevenir el daño celular debido a la potencial fototoxicidad de la clorofila. [5] [6] [7]
Reacción y mecanismo catalizado por clorofilasa.
La clorofillasa cataliza la hidrólisis del enlace éster para producir clorofilida y fitol. Reacciona mediante transesterificación o hidrólisis de un éster carboxílico en el que sus sustratos naturales son 13-OH-clorofila a, bacterioclorofila y clorofila a.
La hidrólisis de la clorofila comienza con el ataque de un grupo carbonilo de la clorofila por el oxígeno del grupo hidroxilo del residuo de serina crucial de la clorofilasa. Este ataque forma un estado de transición tetraédrico. El doble enlace del carbonilo atacado se reforma y la serina se esterifica luego a clorofiluro. En consecuencia, el grupo fitol abandona el compuesto y reemplaza el residuo de serina en la enzima clorofillasa. La adición de agua a la reacción separa el fitol de la enzima. A continuación, a través de la reacción inversa, el oxígeno del grupo hidroxi del agua en el paso anterior ataca el carbonilo del intermedio para formar otro estado de transición tetraédrico. El doble enlace del carbonilo se forma de nuevo y el residuo de serina vuelve a la clorofilasa y el éster de la clorofila es ahora un ácido carboxílico. Este producto es clorofilida. [8]
Clorofilida se descompone a feoforbida A . Después de que se forma Pheophorbide a, el anillo de poryphin es escindido por Pheophorbide, un óxido para formar RCC, lo que hace que la planta pierda su color verde. Luego, el RCC se descompone en pFCC.
Regulación
Regulación postraduccional
Citrus sinesis y Chenopodium album fueron las primeras plantas de las que se aislaron los genes que codifican la clorofilasa. Estos experimentos revelaron una secuencia codificada inusual (21 aminoácidos en Citrus sinensis y 30 aminoácidos en Chenopodium album ) ubicada en el N-terminal que estaba ausente de la proteína madura. La enzima clorofilasa es una elección inteligente como enzima limitante de la velocidad de la vía catabólica, ya que se induce el desenverdecimiento y la expresión de clorofilasa en cítricos tratados con etileno . Sin embargo, datos recientes sugieren que la clorofilasa se expresa en niveles bajos durante el desarrollo natural del fruto, cuando por lo general tiene lugar el catabolismo de la clorofila. Además, algunos datos sugieren que la actividad de la clorofilasa no es consistente con el desverdizado durante la senescencia natural. Finalmente, hay evidencia de que se ha encontrado clorofilasa en la membrana de la envoltura interna del cloroplasto donde no entra en contacto con la clorofila. Estudios recientes inspirados en datos inconsistentes revelaron que la clorofilasa en Citrus que carece de la secuencia de 21 aminoácidos en el N-terminal da como resultado una degradación extensa de la clorofila y el efecto desverdizante que debería ocurrir in vivo . Esta escisión ocurre en la fracción de la membrana del cloroplasto. Sin embargo, tanto la clorofilasa completa como la clorofilasa madura escindida experimentaron niveles similares de actividad en un ensayo in vitro . Estos datos sugieren que la proteína madura entra en contacto con su sustrato más fácilmente debido a la secuencia N-terminal y ocurre cierta regulación natural que afecta directamente la actividad enzimática. Otra posibilidad es que los compartimentos suborganelos se rompan permitiendo una mayor cantidad de actividad enzimática. [9]
Otras formas de regulación
La clorofilida, producto de la reacción catalizada por la clorofilasa, se combina espontáneamente con lípidos vegetales como los liposomas de fosfatidilcolina junto con sulfoquinovosil diacilglicerol . Estos dos lípidos inhiben cooperativamente la actividad de la clorofilasa, pero esta inhibición puede revertirse por la presencia de Mg ++, un catión divalente. [10] La actividad de la clorofilasa también depende del pH y el contenido iónico del medio. Los valores de kcat y kcat / Km de clorofilasa en presencia de clorofila mostraron valores de pKa de 6.3 y 6.7, respectivamente. La temperatura también afecta la actividad de la clorofillasa. La clorofillasa de trigo es activa de 25 a 75 ° C. La enzima se inactiva a temperaturas superiores a 85 ° C. La clorofilasa de trigo es estable 20 ° C más alta que otras clorofilasas. Estas otras clorofilasas pueden permanecer activas a temperaturas de hasta 55 ° C. [11]
El etileno induce la síntesis de clorofilasa y promueve el desverdizado de los cítricos. Se detectó clorofilasa en extractos de proteínas de frutas tratadas con etileno. Las frutas tratadas con etileno tuvieron una actividad de clorofilasa aumentada 5 veces en 24 horas. El etileno, más específicamente, induce un aumento de las tasas de transcripción del gen de la clorofilasa. [12] [13]
También hay evidencia de un dominio de serina lipasa altamente conservado en la enzima clorofillasa que contiene un residuo de serina que es esencial para la actividad enzimática. Los residuos de histidina y ácido aspártico también forman parte de la tríada catalítica de la clorofilasa como serina hidrolasa . Por tanto, los inhibidores específicos del mecanismo de la serina hidrolasa inhiben eficazmente la enzima clorofilasa. Además, las mutaciones en estos residuos de aminoácidos específicos provocan una pérdida completa de la función, ya que las mutaciones cambian el sitio catalítico de la enzima clorofilasa. [8]
Referencias y lecturas adicionales
- ^ clorofilasa - Definiciones de Dictionary.com
- ^ Yi Y, Kermasha S, Neufeld R (diciembre de 2006). "Caracterización de clorofilasa atrapada sol-gel". Biotechnol. Bioeng . 95 (5): 840–9. doi : 10.1002 / bit.21027 . PMID 16804946 .
- ^ Hornero-Méndez D, Mínguez-Mosquera MI (2001). "Propiedades de la clorofilasa de frutos de Capsicum annuum L. ". Z. Naturforsch. C . 56 (11-12): 1015-21. doi : 10.1515 / znc-2001-11-1219 . PMID 11837653 .
- ^ Tsuchiya T, Ohta H, Okawa K y col. (Diciembre de 1999). "Clonación de clorofilasa, la enzima clave en la degradación de la clorofila: hallazgo de un motivo de lipasa y la inducción por jasmonato de metilo" . Proc. Natl. Acad. Sci. USA . 96 (26): 15362–7. doi : 10.1073 / pnas.96.26.15362 . PMC 24824 . PMID 10611389 .
- ^ Hörtensteiner S (octubre de 1999). "Desglose de clorofila en plantas superiores y algas" . Célula. Mol. Life Sci . 56 (3–4): 330–47. doi : 10.1007 / s000180050434 . PMID 11212360 .[ enlace muerto permanente ]
- ^ Okazawa A, Tango L, Itoh Y, Fukusaki E, Kobayashi A (2006). "Caracterización y localización subcelular de clorofilasa de Ginkgo biloba ". Z. Naturforsch. C . 61 (1–2): 111–7. doi : 10.1515 / znc-2006-1-220 . PMID 16610227 .
- ^ Fang Z, Bouwkamp J, Solomos T (1998). "Actividades de la clorofilasa y degradación de la clorofila durante la senescencia de la hoja en mutantes no amarillentos y de tipo salvaje de Phaseolus vulgaris L. ". J. Exp. Bot . 49 (320): 503–10. doi : 10.1093 / jexbot / 49.320.503 .
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