Protoklorofyllidi [1] tai monovinyyliprotoklorofyllidi on klorofylli a : n välitön esiaste, josta puuttuu fytolin häntä . [2] Toisin kuin klorofyllillä, protoklorofyllidillä on voimakas fluoresenssi; mutantit, jotka keräävät sitä kudoksiinsa, hehkuvat punaisena, kun niitä säteilytetään sinisellä valolla. [3] Kukkivissa kasveissa protoklorofyllidin muuttuminen klorofylliksi on valosta riippuvaista, ja tällaiset kasvit muuttuvat valkoisiksi ( kloroottisiksi ), kun niitä kasvatetaan pimeässä. Sitä vastoin voimisiemenset , levät ja fotosynteettiset bakteerit käyttävät erilaista valosta riippumatonta entsyymiä ja kasvavat vihreiksi jopa pimeässä.
Protoklorofyllidin muuttaminen klorofylliksi suoritetaan protoklorofyllidireduktaasientsyymin [4] CF Code 1.3.1.33 avulla. On olemassa kaksi rakenteellisesti erilaista entsyymiä, joilla on tällainen aktiivisuus - valoriippuvainen ja tumma reduktaasi. Valosta riippuvainen reduktaasi vaatii valoa toimiakseen, kun taas tumma reduktaasi on täysin erilainen proteiini, joka koostuu kolmesta alayksiköstä ja osoittaa merkittävää samankaltaisuutta nitrogenaasin kolmen alayksikön kanssa , joka katalysoi ammoniakin muodostumista typpimolekyylistä . [5] Tämä entsyymi, joka on saattanut kehittyä paljon aikaisemmin (ilmeinen samankaltaisuus typpigenaasin kanssa), on erittäin herkkä vapaalle hapelle eikä toimi, jos sen pitoisuus ylittää 3 %. [6] Siksi vaihtoehtoista, valosta riippuvaa versiota on vielä parannettava evoluutioprosessissa.
Useimmissa fotosynteettisissä bakteereissa on molemmat entsyymin muodot. Kukkivat kasvit ovat menettäneet tumman muotonsa ja luottavat kolmeen hieman erilaiseen valosta riippuvaisen reduktaasin kopioon, joita kutsutaan yleisesti PCR A:ksi, B:ksi ja C:ksi. Siemensiemenillä on vielä enemmän kopioita tästä geenistä ( Suitsukemännässä on noin yksitoista [7] ) . Kasveissa tumageenit koodaavat valosta riippuvaa protoklorofyllidireduktaasia, ja se kuljetetaan vasta myöhemmin toimintapaikkaansa, kloroplastiin . Sitä vastoin kasveissa ja levissä, joissa entsyymi on tumma, sitä ainakin osittain koodaa kloroplasti-DNA. [7]
Solussa oleva klorofylli liittyy proteiineihin ja voi absorboida ja siirtää energiaa tiettyyn suuntaan. Protoklorofyllidi, jota löytyy solusta pääosin sitoutumattomassa muodossa ja valon läsnä ollessa, toimii kuitenkin valolle herkistäjänä ja synnyttää myrkyllisiä vapaita radikaaleja. Siksi kasvit tarvitsevat tehokkaan mekanismin säädelläkseen klorofyllin metabolisten esiasteiden määrää. Kukkivissa kasveissa samanlainen kontrolli tapahtuu δ-aminolevuliinihapon (ALA) muodostumisvaiheessa, joka on yksi klorofyllin biosynteesireitin välituotteista. ALA:lla keinotekoisesti ruokitut kasvit kerääntyivät suuria, myrkyllisiä määriä protoklorofyllidia, samoin kuin mutantit, joiden säätelyjärjestelmä oli vaurioitunut.
Arabidopsis FLU - vaurioituneen säätelyjärjestelmän kanssa voi selviytyä vain jatkuvassa pimeydessä (protoklorofyllidi ei ole vaarallista valon puuttuessa) tai jatkuvassa valossa, kun kasvi pystyy muuttamaan kaiken tuotetun protoklorofyllidin klorofylliksi, eikä kerää sitä liikaa, sääntelyn puutteesta huolimatta. Mutatoituneessa ohrassa Tigrina (mutaatio esiintyy samassa geenissä, [8] ) valo tappaa suurimman osan pimeässä kehittyneestä lehtikudoksesta, mutta päivällä muodostunut lehden osa pysyy hengissä. Tämän seurauksena lehdet peittyvät kuolleiden solujen valkoisilla raidoilla, ja niiden lukumäärä on lähellä lehtien elinpäiviä. Vihreät osat säilyvät hengissä seuraavan yön, luultavasti siksi, että klorofyllin synteesi aikuisten lehtien kudoksessa on lähes aina heikentynyt voimakkaasti.
Huolimatta monista yrityksistä löytää mutaatioita, jotka aiheuttavat liikaa protoklorofyllidiä normaaleissa olosuhteissa, tällä hetkellä (2009) tunnetaan vain yksi tällainen geeni - ( flunssa ). Flu (kuvattu ensin julkaisussa [3] ) on kloroplasteihin lokalisoitu ja tuman koodaama proteiini, joka näyttää sisältävän yksinomaan proteiini-proteiini-vuorovaikutuskohtia. Se on kalvon läpäisevä proteiini, joka sijaitsee tylakoidikalvossa. Ei ole vieläkään täysin selvää, miksi muun tyyppisiä samanlaisia mutaatioita ei ole löydetty; on todennäköistä, että muutokset muissa säätelyketjuun osallistuvissa proteiineissa ovat tappavia. Flunssa on yksi geeni, se ei kuulu mihinkään geeniperheeseen.
Myöhemmin sekvenssin samankaltaisuuden perusteella samanlainen proteiini löydettiin Chlamydomonas -levestä [9] . Tämä todistaa, että tällainen säätelyjärjestelmä oli olemassa kauan ennen kuin kukkivat kasvit menettivät tumman reduktaasin. Chlamydomonas-säätelyproteiini on paljon monimutkaisempi: se on suurempi, ylittää kaksi tylakoidikalvoa yhden sijasta, sisältää enemmän vuorovaikutuskohtia muiden proteiinien kanssa ja jopa läpikäy vaihtoehtoisen viipaloinnin . Tämä saa meidät ymmärtämään, että sääntelyjärjestelmää on ilmeisesti yksinkertaistettu suuresti kehitysprosessissa.
| Tetrapyrrolien tyypit | |||||||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Bilany (lineaarinen) |
| ||||||||||||||||||||
| makrosyklit |
| ||||||||||||||||||||