Hispanopedia WikiLa clorofilasa es una enzima esencial en el metabolismo de la clorofila . Es una proteína de membrana comúnmente conocida como chlase (EC 3.1.1.14, CLH ) con el nombre sistemático de clorofila clorofilidohidrolasa . Cataliza la reacción
- clorofila + H₂O = fitol + clorofilida
La clorofilasa se encuentra en el cloroplasto , la membrana tilacoide y el etioplasto de al menos plantas superiores como helechos, musgos, algas pardas y rojas y diatomeas. La clorofilasa es el catalizador de la hidrólisis de la clorofila para producir clorofilida (también llamada clorofila) y fitol . También se sabe que interviene en la esterificación de la clorofila y en la transesterificación . La enzima funciona de forma óptima a pH 8,5 y 50 °C. [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]
Función de la clorofilasa en la degradación de la clorofila.
La clorofila es de vital importancia para todos los organismos fotosintéticos , por lo que su síntesis y degradación están estrictamente reguladas a lo largo de todo el ciclo vital de la planta. La degradación de la clorofila se hace más evidente con los cambios estacionales, cuando las plantas pierden su color verde en otoño; también se observa durante la maduración de los frutos, la senescencia de las hojas y la floración. En esta primera etapa, la clorofilasa inicia el catabolismo de la clorofila para formar clorofilida. La degradación de la clorofila se produce durante su renovación, así como en caso de muerte celular causada por lesiones, ataques de patógenos y otros factores externos.
La función de la clorofilasa es doble, ya que interviene en procesos de pérdida de verdor, como la coloración otoñal, y también se cree que participa en el recambio y la homeostasis de las clorofilas. La catálisis de la clorofilasa en la etapa inicial de la degradación de la clorofila es importante para el desarrollo y la supervivencia de las plantas. Esta degradación es un requisito previo para la desintoxicación de la clorofila y sus intermediarios, potencialmente fototóxicos, a medida que acompaña la senescencia foliar hacia catabolitos no fluorescentes. Por lo tanto, la degradación rápida de la clorofila y sus intermediarios es necesaria para prevenir el daño celular debido a la posible fototoxicidad de la clorofila. [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ]
Reacción y mecanismo catalizados por la clorofilasa
La clorofilasa cataliza la hidrólisis del enlace éster para producir clorofilida y fitol. Reacciona mediante transesterificación o hidrólisis de un éster carboxílico, cuyos sustratos naturales son la 13-OH-clorofila a, la bacterioclorofila y la 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 para formar clorofilida. El grupo fitol, en consecuencia, abandona el compuesto y reemplaza al residuo de serina en la enzima clorofilasa. La adición de agua a la reacción escinde el fitol de la enzima. A continuación, mediante la reacción inversa, el oxígeno del grupo hidroxilo 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 regresa a la clorofilasa; el éster de la clorofila es ahora un ácido carboxílico. Este producto es la clorofilida. [ 7 ]
La clorofilida se descompone en feoforbida a . Una vez formada la feoforbida a, la feoforbida a oxigenasa (PAO) escinde el anillo de porfirina para formar RCC ( catabolito de clorofila roja ), lo que provoca que la planta pierda su color verde. El RCC se descompone posteriormente en pFCC. [ 8 ]
Regulación
Regulación postraduccional
Citrus sinensis y Chenopodium album fueron las primeras plantas de las que se aislaron los genes que codifican la clorofilasa. Estos experimentos revelaron una secuencia codificada atípica (21 aminoácidos en Citrus sinensis y 30 aminoácidos en Chenopodium album ) ubicada en el extremo N-terminal, ausente en la proteína madura. La enzima clorofilasa es una elección acertada como enzima limitante de la velocidad de la vía catabólica, ya que la pérdida de color y la expresión de la clorofilasa se inducen en Citrus tratados con etileno . Sin embargo, datos recientes sugieren que la clorofilasa se expresa a niveles bajos durante el desarrollo natural del fruto, cuando suele tener lugar el catabolismo de la clorofila. Además, algunos datos sugieren que la actividad de la clorofilasa no es consistente con la pérdida de color durante la senescencia natural. Finalmente, existe evidencia de que la clorofilasa se ha encontrado en la membrana interna de la envoltura del cloroplasto, donde no entra en contacto con la clorofila. Estudios recientes, inspirados por datos inconsistentes, revelaron que la clorofilasa de Citrus que carece de la secuencia de 21 aminoácidos en el extremo N-terminal produce una degradación extensa de la clorofila y el efecto de desverdecimiento que debería ocurrir in vivo . Esta escisión ocurre en la fracción de membrana del cloroplasto. Sin embargo, tanto la clorofilasa completa como la clorofilasa madura escindida mostraron niveles de actividad similares 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 que se produce alguna regulación natural que afecta directamente la actividad enzimática. Otra posibilidad es que la degradación de los compartimentos suborgánulos permita una mayor 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 el diacilglicerol sulfoquinovosil . 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 del contenido iónico del medio. Los valores de kcat y kcat/Km de la clorofilasa en presencia de clorofila mostraron valores de pKa de 6,3 y 6,7, respectivamente. La temperatura también afecta la actividad de la clorofilasa. La clorofilasa del trigo es activa de 25 a 75 °C. La enzima se inactiva a temperaturas superiores a 85 °C. La clorofilasa del trigo es estable 20 °C más 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 la pérdida de color verde en los cítricos. Se detectó clorofilasa en extractos proteicos de fruta tratada con etileno. La actividad de la clorofilasa en la fruta tratada con etileno aumentó cinco veces en 24 horas. Más específicamente, el etileno induce un aumento en la tasa de transcripción del gen de la clorofilasa. [ 12 ] [ 13 ]
También existe evidencia de un dominio de serina lipasa altamente conservado en la enzima clorofilasa que contiene un residuo de serina 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 lo tanto, los inhibidores específicos del mecanismo de la serina hidrolasa inhiben eficazmente la enzima clorofilasa. Además, las mutaciones en estos residuos de aminoácidos específicos causan una pérdida completa de la función, ya que modifican el sitio catalítico de la enzima clorofilasa. [ 7 ]
Referencias y lecturas adicionales
- ↑ Yi Y, Kermasha S, Neufeld R (diciembre de 2006). "Caracterización de la clorofilasa atrapada en sol-gel". Biotechnol. Bioeng . 95 (5): 840– 9. doi : 10.1002/bit.21027 . PMID 16804946. S2CID 27838368 .
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- CE 3.1.1