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| クロロフィラーゼ | |||||||||
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| EC番号 | 3.1.1.14 | ||||||||
| CAS番号 | 9025-96-1 | ||||||||
| データベース | |||||||||
| インテンズ | IntEnzビュー | ||||||||
| ブレンダ | BRENDAエントリー | ||||||||
| エクスパス | NiceZyme ビュー | ||||||||
| ケッグ | KEGGエントリー | ||||||||
| メタサイク | 代謝経路 | ||||||||
| プリアモス | プロフィール | ||||||||
| PDB構造 | RCSB PDB PDBe PDBsum | ||||||||
| 遺伝子オントロジー | アミゴー / クイックゴー | ||||||||
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| クロロフィラーゼ | |||||||||
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| 識別子 | |||||||||
| シンボル | クロロフィラーゼ | ||||||||
| パム | PF07224 | ||||||||
| ファム一族 | CL0028 | ||||||||
| インタープロ | 著作権 | ||||||||
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クロロフィラーゼはクロロフィル代謝に必須の酵素です。クロロフィルクロロフィリドヒドロラーゼという系統名を持つ、一般的にはクラーゼ（EC 3.1.1.14、CLH ）として知られる膜タンパク質です。反応を触媒します。
- クロロフィル + H 2 O = フィトール + クロロフィリド
クロロフィラーゼは、シダ、コケ類、褐藻類、紅藻類、珪藻類などの高等植物の葉緑体、チラコイド膜、エチオプラストに存在します。クロロフィラーゼはクロロフィルを加水分解してクロロフィリド（クロライドとも呼ばれる）とフィトールを生成する触媒です。また、クロライドのエステル化やエステル交換にも作用することが知られています。この酵素は、 pH 8.5、50 °Cで最適に機能します。 [1] [2] [3]
クロロフィル分解におけるクロロフィラーゼの役割
クロロフィルはすべての光合成生物にとって非常に重要なので、その合成と分解は植物のライフサイクル全体を通じて厳密に制御されています。クロロフィルの分解は、秋に植物が緑色を失う季節の変化で最も顕著になります。また、果実の成熟、葉の老化、開花にも顕著です。この最初のステップでは、クロロフィラーゼがクロロフィルの分解を開始してクロロフィリドを形成します。クロロフィルの分解は、クロロフィルのターンオーバーだけでなく、損傷、病原体の攻撃、その他の外部要因による細胞死の際にも発生します。
クロロフィラーゼの役割は2つあり、秋の色づきなどの脱緑化プロセスで機能するだけでなく、クロロフィルのターンオーバーと恒常性にも関与していると考えられています。クロロフィル分解の初期段階におけるクロロフィラーゼの触媒作用は、植物の発育と生存にとって重要です。分解は、葉の老化に伴って非蛍光性分解産物になるため、潜在的に光毒性のあるクロロフィルとクロロフィル中間体の解毒の前提条件となります。したがって、クロロフィルの潜在的な光毒性による細胞損傷を防ぐためには、クロロフィルとその中間体の急速な分解が必要です。[4] [5] [6]
クロロフィラーゼによる反応とメカニズム
クロロフィラーゼはエステル結合の加水分解を触媒し、クロロフィリドとフィトールを生成します。クロロフィラーゼは、13-OH-クロロフィル a、バクテリオクロロフィル、クロロフィル a を天然基質とするカルボン酸エステルのエステル交換または加水分解を介して反応します。
クロロフィルの加水分解は、クロロフィラーゼの重要なセリン残基のヒドロキシル基の酸素によるクロロフィルのカルボニル基の攻撃から始まります。この攻撃により、四面体遷移状態が形成されます。攻撃されたカルボニルの二重結合が再形成され、セリンはクロロフィリドにエステル化されます。その結果、フィトール基が化合物から離脱し、クロロフィラーゼ酵素のセリン残基と置き換わります。反応に水を加えると、酵素からフィトールが切断されます。次に、逆反応により、前のステップで水からヒドロキシ基の酸素が中間体のカルボニルを攻撃し、別の四面体遷移状態を形成します。カルボニルの二重結合が再び形成され、セリン残基がクロロフィラーゼに戻り、クロロフィルのエステルはカルボン酸になります。この生成物がクロロフィリドです。[7]
その後、クロロフィリドはフェオフォルビド aに分解されます。フェオフォルビド a が形成された後、ポルフィリン環はフェオフォルビド a オキシゲナーゼ(PAO)によって切断され、RCC (赤色クロロフィル分解産物) が形成され、植物の緑色が失われます。その後、RCC は pFCC に分解されます。[8]
規制
翻訳後制御
Citrus sinesisとChenopodium album は、クロロフィラーゼをコードする遺伝子が分離された最初の植物でした。これらの実験により、成熟タンパク質には存在しない、N 末端に位置する特徴のないコード化配列 ( Citrus sinensisでは 21 アミノ酸、 Chenopodium albumでは 30 アミノ酸) が明らかになりました。エチレン処理したCitrusでは脱色とクロロフィラーゼの発現が誘導されるため、クロロフィラーゼ酵素は、分解経路の律速酵素として賢明な選択です。しかし、最近のデータによると、クロロフィルの分解が通常起こる自然な果実の発育中には、クロロフィラーゼの発現レベルが低いことが示唆されています。また、いくつかのデータによると、クロロフィラーゼの活性は、自然な老化中の脱色と一致しません。最後に、クロロフィラーゼがクロロフィルと接触しない葉緑体の内包膜で発見されたという証拠があります。矛盾したデータに触発された最近の研究では、N末端の21アミノ酸配列を欠く柑橘類のクロロフィラーゼが、広範囲にわたるクロロフィル分解と生体内で起こるはずの脱色効果をもたらすことが明らかになった。この切断は葉緑体膜分画で起こる。しかし、完全なクロロフィラーゼと切断された成熟クロロフィラーゼは、どちらもin vitroアッセイで同様のレベルの活性を示した。このデータは、成熟タンパク質がN末端配列のために基質とより容易に接触し、酵素活性に直接影響する何らかの自然な調節が起こることを示唆している。別の可能性としては、サブオルガネラの区画が分解して酵素活性がより高まる可能性がある。[9]
その他の規制形態
クロロフィラーゼによって触媒される反応の生成物であるクロロフィリドは、スルホキノボシルジアシルグリセロールとともに、ホスファチジルコリンリポソームなどの植物脂質と自発的に結合します。これら2つの脂質は協力してクロロフィラーゼの活性を阻害しますが、この阻害は2価カチオンであるMg++の存在によって逆転させることができます。[10]クロロフィラーゼの活性は、培地のpHとイオン含有量にも依存します。クロロフィル存在下でのクロロフィラーゼのkcatとkcat/Kmの値は、それぞれpKa値が6.3と6.7を示しました。温度もクロロフィラーゼの活性に影響します。小麦クロロフィラーゼは25〜75℃で活性です。この酵素は85℃を超える温度では不活性化します。小麦クロロフィラーゼは、他のクロロフィラーゼよりも20℃高い温度で安定します。これらの他のクロロフィラーゼは55℃までの温度で活性を維持できる。[11]
エチレンはクロロフィラーゼの合成を誘導し、柑橘類の脱色を促進する。エチレン処理した果物のタンパク質抽出物中にクロロフィラーゼが検出され、エチレン処理した果物は24時間でクロロフィラーゼ活性が5倍に増加した。より具体的には、エチレンはクロロフィラーゼ遺伝子の転写率の増加を誘導する。[12] [13]
クロロフィラーゼ酵素には、酵素活性に必須のセリン残基を含む高度に保存されたセリンリパーゼドメインが存在するという証拠もある。ヒスチジンとアスパラギン酸残基も、セリン加水分解酵素としてのクロロフィラーゼの触媒三位一体の一部である。したがって、セリン加水分解酵素機構の特異的阻害剤は、クロロフィラーゼ酵素を効果的に阻害する。また、これらの特定のアミノ酸残基の変異は、変異によってクロロフィラーゼ酵素の触媒部位が変化するため、機能の完全な喪失を引き起こす。[7]
参考文献と参考文献
- ^ Yi Y、Kermasha S、Neufeld R (2006 年 12 月)。「ゾルゲル捕捉クロロフィラーゼの特性評価」。Biotechnol . Bioeng . 95 (5): 840–9. doi :10.1002/bit.21027. PMID 16804946. S2CID 27838368.
- ^ ホルネロ＝メンデス D、ミンゲス＝モスケラ MI (2001)。 「Capsicum annuum L. 果実由来のクロロフィラーゼの特性」。Z.ナトゥールフォルシュ。 C. 56 (11–12): 1015–21。土井: 10.1515/znc-2001-11-1219。PMID 11837653。S2CID 25357466 。
- ^ Tsuchiya T, Ohta H, Okawa K, et al. (1999年12月). 「クロロフィル分解の鍵酵素クロロフィラーゼのクローニング：リパーゼモチーフの発見とメチルジャスモン酸による誘導」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 (1999年10月). 「高等植物と藻類におけるクロロフィル分解」. Cell. Mol. Life Sci . 56 (3–4): 330–47. doi :10.1007/s000180050434. PMC 11149549. PMID 11212360. S2CID 27271001 . [永久リンク切れ ]
- ^ 岡沢A、丹後L、伊藤Y、福崎E、小林A (2006). 「イチョウ葉クロロフィラーゼの特性評価と細胞内局在」。Z.ナトゥールフォルシュ。 C. 61 (1-2): 111-7。土井: 10.1515/znc-2006-1-220。PMID 16610227。S2CID 15483857 。
- ^ Fang Z、Bouwkamp J、Solomos T (1998)。「 Phaseolus vulgaris L.の非黄化変異体と野生型における葉の老化中のクロロフィラーゼ活性とクロロフィル分解」。J . Exp. Bot . 49 (320): 503–10。doi :10.1093/ jexbot /49.320.503。
- ^ ab Tsuchiya T, Suzuki T, Yamada T, et al. (2003年1月). 「セリン加水分解酵素としてのクロロフィラーゼ：推定触媒三元構造の同定」. Plant Cell Physiol . 44 (1): 96–101. doi :10.1093/pcp/pcg011. PMID 12552153.
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- ^ Arkus KA、Cahoon EB、Jez JM (2005 年 6 月)。「小麦クロロフィラーゼの機構解析」。Arch . Biochem. Biophys . 438 (2): 146–55. doi :10.1016/j.abb.2005.04.019. PMID 15913540。
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- ^ Jacob-Wilk D、Holland D、Goldschmidt EE、Riov J、Eyal Y (1999 年 12 月)。「クロロフィル分解酵素によるクロロフィル分解: エチレン処理した柑橘類果実からの Chlase1 遺伝子の単離と機能的発現、および発育中のその調節」。Plant J. 20 ( 6): 653–61. doi :10.1046/j.1365-313X.1999.00637.x. PMID 10652137。
