คลอโรฟิลเลส
| คลอโรฟิลเลส | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
 | |||||||||
| ตัวระบุ | |||||||||
| หมายเลข EC | 3.1.1.14 | ||||||||
| หมายเลข CAS | 9025-96-1 | ||||||||
| ฐานข้อมูล | |||||||||
| อินท์เอ็นซ์ | มุมมองของ IntEnz | ||||||||
| เบรนด้า | เบรนด้าเข้าร่วม | ||||||||
| เอ็กซ์แพซี่ | มุมมองของ NiceZyme | ||||||||
| เคกก์ | รายการ KEGG | ||||||||
| เมตาไซค์ | วิถีการเผาผลาญ | ||||||||
| ไพรแอม | ประวัติโดยย่อ | ||||||||
| โครงสร้างPDB | RCSB PDB PDBe PDBsum | ||||||||
| ออนโทโลยีของยีน | อามิโก้ / ควิกโก้ | ||||||||
| |||||||||
| คลอโรฟิลเลส | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| ตัวระบุ | |||||||
| เครื่องหมาย | คลอโรฟิลเลส | ||||||
| พีแฟม | PF07224 | ||||||
| ตระกูลพีแฟม | ซีแอล0028 | ||||||
| อินเตอร์โปร | IPR017395 | ||||||
| |||||||
คลอโรฟิลเลสเป็นเอนไซม์ ที่จำเป็น ใน กระบวนการเมตาบอลิซึม ของคลอโรฟิลล์เป็นโปรตีนเยื่อหุ้มเซลล์ที่รู้จักกันทั่วไปในชื่อคลอเรส (EC 3.1.1.14, CLH ) และมีชื่อทางระบบว่าคลอโรฟิลล์คลอโรฟิลลิโดไฮโดรเลส ทำหน้าที่เร่งปฏิกิริยา
- คลอโรฟิลล์ + H₂O ไฟโทล + คลอโรฟิลไลด์
คลอโรฟิลเลสสามารถพบได้ในคลอโรพลาสต์ เยื่อไทลาคอยด์และเอทิโอพลาสต์ของพืชชั้นสูงอย่างน้อย เช่น เฟิร์น มอส สาหร่ายสีน้ำตาลและสีแดง และไดอะตอม คลอโรฟิลเลสเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาสำหรับการไฮโดรไลซิสของคลอโรฟิลล์เพื่อผลิตคลอโรฟิลไลด์ (เรียกอีกอย่างว่าไคลด์) และไฟโทลนอกจากนี้ยังเป็นที่ทราบกันว่าทำหน้าที่ในการเอสเทอริฟิเคชันของไคลด์และการทรานส์เอสเทอริฟิเคชันเอนไซม์ทำงานได้อย่างเหมาะสมที่สุดที่pH 8.5 และ 50 °C [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]
บทบาทของคลอโรฟิลเลสในการสลายคลอโรฟิลล์
คลอโรฟิลล์ มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อ สิ่งมีชีวิต ที่สังเคราะห์แสงได้ ทุกชนิด ดังนั้นการสังเคราะห์และการสลายตัวของคลอโรฟิลล์จึงถูกควบคุมอย่างใกล้ชิดตลอดวงจรชีวิตของพืช การสลายตัวของคลอโรฟิลล์นั้นเห็นได้ชัดเจนที่สุดในการเปลี่ยนแปลงตามฤดูกาล เช่น พืชสูญเสียสีเขียวในฤดูใบไม้ร่วง นอกจากนี้ยังเห็นได้ชัดเจนในการสุกของผลไม้ การแก่ของใบ และการออกดอก ในขั้นตอนแรกนี้ เอนไซม์คลอโรฟิลเลสจะเริ่มต้นกระบวนการสลายคลอโรฟิลล์เพื่อสร้างคลอโรฟิลไลด์ การสลายตัวของคลอโรฟิลล์เกิดขึ้นในการหมุนเวียนของคลอโรฟิลล์ เช่นเดียวกับในกรณีที่เซลล์ตายเนื่องจากบาดเจ็บ การโจมตีของเชื้อโรค และปัจจัยภายนอกอื่นๆ
บทบาทของคลอโรฟิลเลสมีสองด้าน คือ ทำหน้าที่ทั้งในกระบวนการลดความเขียว เช่น การเปลี่ยนสีในฤดูใบไม้ร่วง และยังเชื่อว่ามีส่วนเกี่ยวข้องกับการหมุนเวียนและการรักษาสมดุลของคลอโรฟิลล์ การเร่งปฏิกิริยาของคลอโรฟิลเลสในขั้นตอนแรกของการสลายคลอโรฟิลล์มีความสำคัญต่อการเจริญเติบโตและการอยู่รอดของพืช การสลายตัวนี้เป็นสิ่งจำเป็นเบื้องต้นในการล้างพิษของคลอโรฟิลล์และสารตัวกลางของคลอโรฟิลล์ที่อาจเป็นพิษต่อแสง เนื่องจากเกิดขึ้นพร้อมกับการแก่ตัวของใบไปเป็นแคตาโบไลต์ที่ไม่เรืองแสง ดังนั้นการย่อยสลายคลอโรฟิลล์และสารตัวกลางอย่างรวดเร็วจึงจำเป็นเพื่อป้องกันความเสียหายของเซลล์เนื่องจากความเป็นพิษต่อแสงของคลอโรฟิลล์[ 4 ] [ 5 ] [ 6 ]
ปฏิกิริยาและกลไกที่เร่งปฏิกิริยาโดยคลอโรฟิลเลส
เอนไซม์คลอโรฟิลเลสทำหน้าที่เร่งปฏิกิริยาไฮโดรไลซิสของพันธะเอสเทอร์เพื่อให้ได้คลอโรฟิลไลด์และไฟโทล โดยทำปฏิกิริยาผ่านกระบวนการทรานส์เอสเทอริฟิเคชันหรือไฮโดรไลซิสของเอสเทอร์คาร์บอกซิลิก ซึ่งสารตั้งต้นตามธรรมชาติของเอนไซม์นี้ได้แก่ 13-OH-คลอโรฟิลล์เอ แบคเทอริโอคลอโรฟิลล์ และคลอโรฟิลล์เอ
การไฮโดรไลซิสของคลอโรฟิลล์เริ่มต้นด้วยการโจมตีของหมู่คาร์บอนิลของคลอโรฟิลล์โดยออกซิเจนของหมู่ไฮดรอกซิลของสารตกค้างซีรีนที่สำคัญของคลอโรฟิลเลส การโจมตีนี้ก่อให้เกิดสถานะเปลี่ยนผ่านแบบทรงสี่หน้า พันธะคู่ของคาร์บอนิลที่ถูกโจมตีจะก่อตัวขึ้นใหม่ และซีรีนจะถูกเอสเทอริฟายด์เป็นคลอโรฟิลไลด์ หมู่ไฟโทลจึงหลุดออกจากสารประกอบและแทนที่สารตกค้างซีรีนบนเอนไซม์คลอโรฟิลเลส การเติมน้ำลงในปฏิกิริยาจะทำให้ไฟโทลหลุดออกจากเอนไซม์ ต่อมา ผ่านปฏิกิริยาย้อนกลับ ออกซิเจนบนหมู่ไฮดรอกซิลจากน้ำในขั้นตอนก่อนหน้าจะโจมตีคาร์บอนิลของสารตัวกลางเพื่อสร้างสถานะเปลี่ยนผ่านแบบทรงสี่หน้าอีกครั้ง พันธะคู่ของคาร์บอนิลจะก่อตัวขึ้นอีกครั้ง และสารตกค้างซีรีนจะกลับคืนสู่คลอโรฟิลเลส และเอสเทอร์ของคลอโรฟิลล์ในขณะนี้คือกรดคาร์บอกซิลิก ผลิตภัณฑ์นี้คือคลอโรฟิลไลด์[ 7 ]
จากนั้นคลอโรฟิลไลด์จะถูกย่อยสลายเป็นฟีโอฟอร์ไบด์เอหลังจากที่ฟีโอฟอร์ไบด์เอถูกสร้างขึ้น วงแหวน พอร์ฟิรินจะถูกแยกออกโดยฟีโอฟอร์ไบด์เอออกซิเจเนส (PAO) เพื่อสร้าง RCC ( red chlorophyll catabolite ) ทำให้พืชสูญเสียสีเขียว จากนั้น RCC จะถูกย่อยสลายเป็น pFCC [ 8 ]
ระเบียบข้อบังคับ
การควบคุมหลังการแปล
ส้ม (Citrus sinensis)และเลื้อย (Chenopodium album ) เป็นพืชสองชนิดแรกที่สามารถแยกยีนที่เข้ารหัสเอนไซม์คลอโรฟิลเลสได้ การทดลองเหล่านี้เผยให้เห็นลำดับการเข้ารหัสที่ไม่ปกติ (กรดอะมิโน 21 ตัวในCitrus sinensisและ 30 ตัวในChenopodium album ) ซึ่งตั้งอยู่ที่ปลาย N-terminal และไม่พบในโปรตีนที่สมบูรณ์ เอนไซม์คลอโรฟิลเลสเป็นตัวเลือกที่เหมาะสมในฐานะเอนไซม์จำกัดอัตราในวิถีการสลายตัว เนื่องจากกระบวนการเปลี่ยนสีของผลและการแสดงออกของคลอโรฟิลเลสถูกกระตุ้นในส้ม ที่ได้รับการบำบัดด้วยเอทิลีน อย่างไรก็ตาม ข้อมูลล่าสุดชี้ให้เห็นว่าคลอโรฟิลเลสมีการแสดงออกในระดับต่ำในระหว่างการพัฒนาของผลไม้ตามธรรมชาติ ซึ่งเป็นช่วงเวลาที่การสลายตัวของคลอโรฟิลล์มักเกิดขึ้น นอกจากนี้ ข้อมูลบางส่วนยังชี้ให้เห็นว่ากิจกรรมของคลอโรฟิลเลสไม่สอดคล้องกับการเปลี่ยนสีของผลในระหว่างการเสื่อมสภาพตามธรรมชาติ สุดท้าย มีหลักฐานว่าพบคลอโรฟิลเลสในเยื่อหุ้มชั้นในของคลอโรพลาสต์ ซึ่งมันไม่ได้สัมผัสกับคลอโรฟิลล์ การศึกษาล่าสุดที่ได้รับแรงบันดาลใจจากข้อมูลที่ไม่สอดคล้องกันเผยให้เห็นว่าคลอโรฟิลเลสในส้มที่ขาดลำดับกรดอะมิโน 21 ตัวที่ปลาย N-terminal ส่งผลให้คลอโรฟิลล์สลายตัวอย่างกว้างขวางและมีผลทำให้สีเขียวซีดลงซึ่งควรจะเกิดขึ้นในร่างกายการแยกส่วนนี้เกิดขึ้นในส่วนของเยื่อหุ้มคลอโรพลาสต์ อย่างไรก็ตาม ทั้งคลอโรฟิลเลสที่สมบูรณ์และคลอโรฟิลเลสที่ถูกตัดและเจริญเต็มที่แล้วมีระดับกิจกรรมที่คล้ายคลึงกันใน การทดสอบ ในหลอดทดลองข้อมูลนี้ชี้ให้เห็นว่าโปรตีนที่เจริญเต็มที่แล้วสัมผัสกับสารตั้งต้นได้ง่ายกว่าเนื่องจากลำดับปลาย N-terminal และมีการควบคุมตามธรรมชาติบางอย่างเกิดขึ้นซึ่งส่งผลโดยตรงต่อกิจกรรมของเอนไซม์ อีกความเป็นไปได้หนึ่งคือช่องย่อยของออร์แกเนลล์สลายตัวทำให้มีกิจกรรมของเอนไซม์มากขึ้น[ 9 ]
รูปแบบการควบคุมอื่นๆ
คลอโรฟิลไลด์ ซึ่งเป็นผลิตภัณฑ์ของปฏิกิริยาที่เร่งโดยคลอโรฟิลเลส จะรวมตัวกับลิปิดของพืช เช่น ฟอส ฟาติ ดิลโคลีนไล โปโซม พร้อมกับซัลโฟควิโนโวซิลไดอะ ซิล กลีเซอรอล ลิปิดทั้งสองชนิดนี้จะยับยั้งการทำงานของคลอโรฟิลเลสร่วมกัน แต่การยับยั้งนี้สามารถย้อนกลับได้ด้วยการมีอยู่ของ Mg++ ซึ่งเป็นแคตไอออนสองวา เลนซ์ [ 10 ]การทำงานของคลอโรฟิลเลสยังขึ้นอยู่กับค่า pH และปริมาณไอออนของตัวกลางด้วย ค่า kcat และ kcat/Km ของคลอโรฟิลเลสในที่ที่มีคลอโรฟิลล์แสดงค่า pKa เท่ากับ 6.3 และ 6.7 ตามลำดับ อุณหภูมิยังมีผลต่อการทำงานของคลอโรฟิลเลส คลอโรฟิลเลสจากข้าวสาลีทำงานได้ในช่วงอุณหภูมิ 25 ถึง 75 °C เอนไซม์จะหยุดทำงานที่อุณหภูมิสูงกว่า 85 °C คลอโรฟิลเลสของข้าวสาลีมีความเสถียรที่อุณหภูมิ สูงกว่าคลอโรฟิลเลสชนิดอื่น 20 °C คลอโรฟิลเลสชนิดอื่นเหล่านี้สามารถคงการทำงานได้ที่อุณหภูมิสูงถึง 55 °C [ 11 ]
เอทิลีนกระตุ้นการสังเคราะห์คลอโรฟิลเลสและส่งเสริมการเปลี่ยนสีของผลไม้ตระกูลส้ม ตรวจพบคลอโรฟิลเลสในสารสกัดโปรตีนของผลไม้ที่ได้รับการบำบัดด้วยเอทิลีน ผลไม้ที่ได้รับการบำบัดด้วยเอทิลีนมีกิจกรรมของคลอโรฟิลเลสเพิ่มขึ้น 5 เท่าใน 24 ชั่วโมง โดยเฉพาะอย่างยิ่ง เอทิลีนกระตุ้นอัตราการถอดรหัสของยีนคลอโรฟิลเลสที่เพิ่มขึ้น[ 12 ] [ 13 ]
นอกจากนี้ยังมีหลักฐานของโดเมนเซรินไลเปสที่มีการอนุรักษ์สูงในเอนไซม์คลอโรฟิลเลสซึ่งมีสารตกค้างเซรินที่จำเป็นต่อกิจกรรมของเอนไซม์ สารตกค้างฮิสติดีนและกรดแอสปาร์ติกก็เป็นส่วนหนึ่งของไตรแอดเร่งปฏิกิริยาของคลอโรฟิลเลสในฐานะเซรินไฮโดรเลสดังนั้น สารยับยั้งเฉพาะสำหรับกลไกเซรินไฮโดรเลสจึงยับยั้งเอนไซม์คลอโรฟิลเลสได้อย่างมีประสิทธิภาพ นอกจากนี้ การกลายพันธุ์ที่สารตกค้างกรดอะมิโนเฉพาะเหล่านี้ทำให้สูญเสียการทำงานอย่างสมบูรณ์เนื่องจากการกลายพันธุ์เปลี่ยนไซต์เร่งปฏิกิริยาของเอนไซม์คลอโรฟิลเลส[ 7 ]
เอกสารอ้างอิงและแหล่งข้อมูลเพิ่มเติม
- ↑ Yi Y, Kermasha S, Neufeld R (ธันวาคม 2006). "ลักษณะเฉพาะของคลอโรฟิลเล สที่ถูกกักไว้ในโซลเจล". Biotechnol. Bioeng . 95 (5): 840– 9. doi : 10.1002/bit.21027 . PMID 16804946. S2CID 27838368 .
- ↑ฮอร์เนโร-เม็นเดซ ดี, มินเกซ-มอสเกรา มิชิแกน (2001) "คุณสมบัติของคลอโรฟิลเลสจากพริก annuum L.ผลไม้" . ซ. นาตูร์ฟอร์ช. ค . 56 ( 11– 12): 1015– 21. ดอย : 10.1515/znc-2001-11-1219 . PMID11837653 . S2CID 25357466 .
- ↑ Tsuchiya T, Ohta H, Okawa K และคณะ (ธันวาคม 1999). "การโคลนคลอโรฟิลเลส เอนไซม์สำคัญในการย่อยสลายคลอโรฟิลล์: การค้นพบโมทีฟไลเปสและการเหนี่ยวนำโดยเมทิลจัสมอเนต" Proc . Natl. Acad. Sci. USA . 96 (26): 15362– 7. Bibcode : 1999PNAS...9615362T . doi : 10.1073/pnas.96.26.15362 . PMC 24824 . PMID 10611389 .
- ↑ Hörtensteiner S (ตุลาคม 1999). "การสลายตัวของคลอโรฟิลล์ในพืชชั้นสูงและสาหร่าย" . Cell. Mol. Life Sci . 56 ( 3– 4): 330– 47. doi : 10.1007/s000180050434 . PMC 11149549 . PMID 11212360 . S2CID 27271001 .
- ↑โอคาซาว่า เอ, แทงโก้ แอล, อิโต วาย, ฟุกุซากิ อี, โคบายาชิ เอ (2549) "การศึกษาลักษณะเฉพาะและการแปลตำแหน่งใต้เซลล์ของคลอโรฟิลเลสจากแปะก๊วย biloba " ซ. นาตูร์ฟอร์ช. ค . 61 ( 1– 2): 111– 7. ดอย : 10.1515/znc-2006-1-220 . PMID 16610227 . S2CID 15483857 .
- ↑ Fang Z, Bouwkamp J, Solomos T (1998). "กิจกรรมคลอโรฟิลเลสและการย่อยสลายคลอโรฟิลล์ระหว่างการแก่ของใบในสายพันธุ์กลายพันธุ์ที่ไม่เหลืองและสายพันธุ์ป่าของPhaseolus vulgaris L. " J. Exp. Bot . 49 (320): 503– 10. doi : 10.1093/jexbot/49.320.503 .
- 1 2 Tsuchiya T, Suzuki T, Yamada T และคณะ (มกราคม 2546). "คลอโรฟิลเลสเป็นเซรินไฮโดรเลส: การระบุไตรแอดเร่งปฏิกิริยาที่คาดการณ์ไว้" Plant Cell Physiol . 44 (1): 96– 101. doi : 10.1093/pcp/pcg011 . PMID 12552153 .
- ↑เปเรซ-กัลเบซ, อันโตนิโอ; โรกา, มาเรีย (2017) "ฟิลโลบิลิน". การศึกษาเคมีผลิตภัณฑ์ธรรมชาติ . 52 : 159– 191. ดอย : 10.1016/B978-0-444-63931-8.00004-7 . ไอเอสบีเอ็น 978-0-444-63931-8.
- ↑ Harpaz-Saad S, Azoulay T, Arazi T และคณะ (มีนาคม 2550). "คลอโรฟิลเลสเป็นเอนไซม์จำกัดอัตราในกระบวนการสลายคลอโรฟิลล์และมีการควบคุมหลังการแปลรหัส" . Plant Cell . 19 (3): 1007– 22. Bibcode : 2007PlanC..19.1007H . doi : 10.1105/tpc.107.050633 . PMC 1867358 . PMID 17369368 .
- ↑ Lambers JW, Terpstra W (ตุลาคม 1985). "การยับยั้งคลอโรฟิลเลสโดยลิปิดเยื่อหุ้มเซลล์พืชที่มีประจุลบ". Biochim. Biophys. Acta . 831 (2): 225– 35. doi : 10.1016/0167-4838(85)90039-1 . PMID 4041468 .
- ↑ Arkus KA, Cahoon EB, Jez JM (มิถุนายน 2548). "การวิเคราะห์กลไกของคลอโรฟิลเลสในข้าวสาลี" Arch. Biochem. Biophys . 438 (2): 146– 55. doi : 10.1016/j.abb.2005.04.019 . PMID 15913540 .
- ↑ Trebitsh T, Goldschmidt EE, Riov J (ตุลาคม 1993). "เอทิลีนกระตุ้นการสังเคราะห์คลอโรฟิลเลส ซึ่งเป็นเอนไซม์ย่อยสลายคลอโรฟิลล์ ในเปลือกผลไม้ตระกูลส้ม" Proc . Natl. Acad. Sci. USA . 90 (20): 9441– 5. Bibcode : 1993PNAS...90.9441T . doi : 10.1073/pnas.90.20.9441 . PMC 47584 . PMID 11607429 .
- ↑ Jacob-Wilk D, Holland D, Goldschmidt EE, Riov J, Eyal Y (ธันวาคม 1999). "การสลายตัวของคลอโรฟิลล์โดยคลอโรฟิลเลส: การแยกและการแสดงออกเชิงหน้าที่ของยีน Chlase1 จากผลส้มที่ได้รับการบำบัดด้วยเอทิลีนและการควบคุมระหว่างการพัฒนา" Plant J . 20 (6): 653– 61. doi : 10.1046/j.1365-313X.1999.00637.x . PMID 10652137 .