클로로필라이드

Chlorophyllide
클로로필라이드
Chlorophyllide a.svg
클로로필라이드 a
이름
IUPAC 이름
마그네슘(3S,4S,21R)-3-(2-카르복시에틸)-14-에틸-21-(메톡시카르보닐)-4,8,13,18-테트라메틸-20-옥소-9-비닐-23,25-디데히드로포르빈-23,25-디아이드
식별자
  • 컴파운드
  • a: 클로로필라이드 a
  • b: 클로로필라이드 b
3D 모델(JSmol)
체비
켐스파이더
  • a: InChI=1S/C35H36N4O5.Mg/c1-8-19-15(3)22-12-24-17(5)21(10-11-28(40)41)32(38-24)30-31(35)44-7)34(42)29-18(29)25(39)14-27-20(9-2)(1327)
    키: ANWUQYTXRXCEMZ-NYABAGMLSA-L
  • b: InChI=1S/C35H34N4O6.Mg/c1-7-18-15(3)22-11-23-16(4)20(9-10-28(41)42)32(38-23)30-31)30-31(35)29-17(5)24(39-33)30)12-26-19(8-4027)(1326)
    키: QPDWBRHRBXUNS-IEIVXFASA-L
  • a: CCC1=C(C)C2=Cc3c(C=C)c(C)C4C=C5[C@H](C)[C@H](C)[CCC(O)=O)C6=[N+]5[Mg--5]ncc(C)C6=c31
특성.
CHMGNO353445
몰 질량 614.973 g/g
달리 명시되지 않은 한 표준 상태(25°C[77°F], 100kPa)의 재료에 대한 데이터가 제공됩니다.

클로로필라이드 a 및 클로로필라이드 b는 각각 클로로필 a 및 클로로필 b의 생합성 전구체이다.그들의 프로피온산 그룹은 경로의 마지막 단계에서 클로로필 합성효소에 의해 피틸 에스테르로 전환된다.따라서 이러한 화합물에 대한 주된 관심은 식물, 조류, 시아노박테리아에서 엽록소 생합성에 대한 연구였다.클로로필라이드 a는 또한 [1][2]박테리오클로로필의 생합성 과정에서의 중간체이다.

구조물들

클로로필라이드 a, (R=H).클로로필라이드 b는 녹색 상자에 표시된 메틸기를 포르밀기로 치환한다.

클로로필라이드 a는 카르본산(R=H)이다.클로로필라이드 b는 위치 13의 메틸기(클로로필라이드 a의 IUPAC 번호부여)에서 녹색상자로 강조 표시된 메틸기를 포르밀기로 치환한다.

생합성 단계부터 프로토포르피린 IX 형성까지

주요 기사 : 포르피린 synthesis합성

글루탐산에서 시작하는 생합성 초기 단계에서 테트라피롤은 포르포빌리노겐과 히드록시메틸빌란을 통해 아미노레불린산을 우로포르피리노겐II로 변환하는 탈아미나아제 및 코신테아제에 의해 생성된다.후자는 헴, 시로헴, 보조인자430 F, 코발라민 및 클로로필 [3]자체에 공통적인 첫 번째 대환상 중간체이다.다음 중간생성물은 코프로포르피리노겐 III와 프로토포르피리노겐 IX로 완전방향족 프로토포르피린 IX로 산화된다.예를 들어 포유동물에서 프로토포르피린 IX에 철분을 삽입하면 혈액에서 산소를 운반하는 보조인자인 헴이 생기지만, 식물은 대신 마그네슘을 결합하여 광합성을 [4]위한 엽록소를 얻는다.

프로토포르피린 IX로부터의 클로로필라이드의 생합성

엽록소에 대한 생합성 경로의 마지막 단계는 식물(예: Arabidopsis taliana, Nicotiana tabacum 및 Triticum emistivum)과 박테리아(예: Rubrivivax gelatinosus 및 Synechocystis)에 따라 다르다.그러나 유전자와 효소는 다르지만 관련된 화학반응은 동일하다.[1][5]

마그네슘 삽입

마그네슘이 프로토포르피린 IX에 삽입됨

클로로필은 클로로린이라고 불리는 배위자 내에서 배위된 마그네슘 이온을 갖는 것이 특징이다.금속은 반응 EC 6.6.1.1을 촉매하는 마그네슘[1] 킬라타아제에 의해 프로토포르피린 IX에 삽입된다.

프로토포르피린 IX + Mg2+
 + ATP + HO
2 { \ ADP + 인산염 + Mg-prot포르피린 IX + 2+
 H

C프로피온산환기의 에스테르화

클로로필라이드를 향한 다음 단계는 프로피온산염기 중 하나에서 메틸(CH3) 에스테르를 형성하는 것으로, 메틸화 반응 EC 2.1.1.11에서 마그네슘 프로토포르피린 IX 메틸전달효소에[6] 의해 촉매된다.

Mg-프로토포르피린 IX + S-아데노실메티오닌δ(\ Mg-프로토포르피린 IX 13-메틸에스테르 + S-아데노실-L-호모시스테인

포르피린에서 클로로린까지

에스테르화된 프로피온산염 측쇄가 주 포르피린 고리로 순환되어 디비닐프로토클로로필라이드를 형성할 때 클로로린 고리 시스템이 형성된다.

클로로린 고리 시스템은 포르피린의 프로피온산염 그룹 중 하나가 원래의 피롤 고리 C와 D를 연결하는 탄소 원자로 환산될 때 5원짜리 탄소 고리 E가 생성됩니다.마그네슘-프로토포르피린 IX 모노메틸 에스테르(산화물) 사이클라아제[7] 효소에 의해 촉매되는 일련의 화학적 단계는 EC 1.14.13.81을 제공합니다.

Mg-프로토포르피린 IX 13-모노메틸에스테르 + 3NADPH + 3H+ + 3O2 {\ }디비닐프로토클로로필라이드 + 3NADP+ + 5HO2

보리에서 전자는 환원 페레독신에 의해 공급되며, 환원 페레독신은 광계 I 또는 어두운 곳에서는 페레독신(NADP(+) 환원효소로부터 얻을 수 있다: 사이클라아제 단백질은 XanL로 명명되고 Xantha-l [8]유전자에 의해 암호화된다.Rhodobacter sphaeroides와 같은 혐기성 유기체에서도 동일한 전체적인 변환이 발생하지만 마그네슘-프로토포르피린 IX 13-모노메틸 에스테르에 포함된 산소는 EC 1.21.98.[9]3 반응에서 물에서 나온다.

클로로필라이드에 대한 환원 단계

클로로필라이드 a를 생산하기 위해서는 두 가지 추가 변형이 필요하다.둘 다 환원 반응이다.하나는 비닐기를 에틸기로 변환하고, 두 번째는 마크로사이클의 전체적인 방향성은 유지되지만 피롤링 D에 2개의 수소 원자를 첨가한다.이러한 반응은 독립적으로 진행되며, 일부 유기체에서는 순서가 [1]반대된다.디비닐클로로필라이드 8-비닐환원효소는[10] EC 1.3.1.75 반응으로 3,8-디비닐프로토클로로필라이드를 프로토클로로필라이드로 변환합니다.

3,8-디비닐프로토클로로필라이드+NADPH+H+프로토클로로필라이드+NADP+)
원클로로필라이드의 고리 D의 감소는 클로로필라이드의 생합성을 완료한다.

이어서 피롤 고리 D가 원염화물 환원효소에[11] 의해 환원되는 EC 1.3.1.33 반응이 일어난다.

프로토클로로필라이드+NADPH+H+클로로필라이드a+NADP+

이 반응은 빛에 의존하지만 환원된 페레독신을 보조 인자로 사용하고 빛에 의존하지 않는 대체 효소인 페레독신:프로토클로로필라이드 환원효소(ATP-dependent)[12]가 있다. 이는 EC 1.3.7과 유사한 반응을 하지만 대체 기질 3,8-디비닐프로필라이드이다.

3,8-디비닐프로토클로로필라이드+환원페레독신+2 ATP+2HO2 }38-디비닐클로필라이드a+산화페레독신+2ADP+2인산염)

이 대체 환원 단계를 사용하는 유기체에서는 예를 들어 다양한 기질을 취하고 필요한 비닐기 환원을 수행할 수 있는 효소에 의해 촉매작용 EC 1.3.7.13에 의해 프로세스가 완료된다.

3,8-디비닐클로로필라이드 a + 2 환원 페레독신 + 2 H+ (\클로로필라이드 a + 2 산화 페레독신

클로로필라이드 a부터 클로로필라이드 b까지

클로로필라이드 a 산소화효소는 전체 반응을 촉매 EC 1.3.7.13으로 하여 클로로필라이드[13] a를 클로로필라이드 b로 변환하는 효소이다.

클로로필라이드 a + 22 O + 2 NADPH + 2 H+ ( \ \ 클로로필라이드 b + 32 HO + 2 NADP+ )

엽록소 a와 엽록소 b의 생합성에 사용

클로로필 A
클로로필 b

클로로필 합성효소는[14] 반응 EC 2.5.1.62를 촉매하여 클로로필 a의 생합성을 완료한다.

클로로필라이드a + 피틸이인산염 { \클로로필a + 이인산염

이는 클로로필라이드 a의 카르본산기와 20-탄소 디테르펜 알코올 피톨의 에스테르를 형성한다.클로로필 b는 클로로필라이드 b에 작용하는 동일한 효소에 의해 만들어진다.

박테리오클로로필의 생합성에 사용

박테리오클로로필라이드a(R=H).초기 중간체들은 표시된 아세틸기 대신 비닐기 또는 1-히드록시에틸기를 가진다.
박테리오클로로필a

박테리오클로로필은 광합성 박테리아에서 발견되는 광수확 색소이다: 그들은 부산물로 산소를 생산하지 않는다.그러한 구조는 많지만 모두 클로로필라이드 [1][15]a에서 파생되어 생합성적으로 관련이 있다.박테리오클로로필 a가 대표적인 예다; 그 생합성은 Rhodobacter capsulatus와 Rhodobacter sphaeroides에서 연구되어 왔다.

첫 번째 단계는 피롤 고리 B의 환원(트랜스 입체 화학에 의한)으로, 많은 박테리오클로로필의 특징적인 18전자 방향족 시스템을 제공한다.이는 클로로필라이드 환원효소에 의해 수행되며, 이는 EC 1.3.7.15 반응을 촉매한다.

클로로필라이드 a + 2 환원 페레독신 + ATP2 + HO + 2+ H \ \ 3-deacetyl 3-vinylbacterio chloroplide a + 2 산화 페레독신 + ADP + 인산염

다음 두 단계는 먼저 비닐기를 1-히드록시에틸기로 변환한 다음 박테리오클로로필라이드 a의 아세틸기로 변환합니다.반응은 [2][16]클로로필라이드 3-히드라타아제1(EC 4.2.1.165)와 박테리오클로로필라이드 탈수소효소(EC 1.1.1.396)에 의해 다음과 같이 촉매된다.

3-디아세틸3-비닐박테리오클로로필라이드a+HO23-디아세틸3-(1-히드록시에틸)박테리오클로로필라이드a
3-디아세틸 3-(1-히드록시에틸) 박테리오클로로필라이드a + NAD+ rightleftharlophollide a + NADH+ + H)

이 세 가지 효소 촉매 반응은 광합성을 위한 최종 색소로 에스테르화할 준비가 된 박테리오클로로필라이드를 생성하기 위해 서로 다른 순서로 발생할 수 있습니다.박테리오클로로필 a의 피틸 에스터는 직접 부착되지 않으며, 초기 중간체는 R=게라닐게라닐(제라닐게라닐피로인산으로부터)을 가진 에스테르이며, 그 후 사이드체인 알켄 결합 중 3개가 [16]감소함에 따라 추가 단계를 거친다.

레퍼런스

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