Бактериохлорофиллы

Бактериохлорофи́ллы — гетерогенная группа фотосинтетических тетрапиррольных пигментов, которые синтезируются различными аноксигенными фототрофными бактериями, осуществляющими фотосинтез без выделения кислорода.

Спектральные свойства бактериохлорофиллов в клетках значительно отличаются от растворов, и определяются нековалентными взаимодействиями их молекул с содержащими их белками, а также друг с другом.

Химическая структура бактериохлорофиллов

Сравнение химических структур порфина, хлорина и бактериохлорина На каждую связь в макроцикле приходится два пи-электрона.

Бактериохлорофиллы a, b и g являются бактериохлоринами, то есть содержат в своём составе бактериохлориновый макроцикл с двумя восстановленными пиррольными кольцами (II и IV).

Бактериохлорофиллы с-f, как и хлорофиллы, имеют хлориновое макроцикловое кольцо с единственным полностью восстановленным пиррольным кольцом IV. В отличие от всех остальных хлорофиллов и бактериохлорофиллов, у них отсутствует остаток -COOCH₃ в положении R₅, характерный для всех прочих хлорофиллов и бактериохлорофиллов. Каждый из этих бактериохлорофиллов имеет несколько форм, отличающихся радикалами R₃ и R₄, a также этерифицирующим спиртом R₅^[1][2].

Название	Структура	R1	R2	R3	Связь С7-С8	R4	R5	R6	R7
Бактериохлорофилл a		-CO-CH3	-CH3a	-CH2CH3	одинарная	-CH3	-CO-O-CH3	-фитил -геранилгеранил	-H
Бактериохлорофилл b		-CO-CH3	-CH3a	=CH-CH3	одинарная	-CH3	-CO-O-CH3	-фитил	-H
Бактериохлорофилл c		-CHOH-CH3	-CH3	-C2H5b -C3H7 -C4H9	двойная	-CH3 -C2H5	-H	-фарнезил и др.	-CH3
Бактериохлорофилл d		-CHOH-CH3	-CH3	-C2H5b -C3H7 -C4H9	двойная	-CH3 -C2H5	-H
-H
Бактериохлорофилл e		-CHOH-CH3	-CHO	-C2H5b -C3H7 -C4H9	двойная	-CH3 -C2H5	-H	-фарнезил и др.	-CH3
Бактериохлорофилл f
двойная
Бактериохлорофилл g		-CH=CH2	-CH3a	=СH-CH2	одинарная	-CH3	-CO-O-CH3	-геранилгеранил	-H

Химические свойства

Бактериохлорофиллы неустойчивы к действию света, кислот и окислителей. В полярных растворителях (например, в метаноле) они легко подвергаются алломеризации; в присутствии кислот — теряют центральный атом магния (феофитинизируются) и/или этерифицирующий остаток (фитол/фарнезол/геранилгериниол и др.)^[3].

Бактериохлорофиллы b и g, имеющие этилиденовый остаток при С-8, в слабокислой среде изомеризуются с образованием хлоринов. Особенно легко изомеризуется бактериохлорофилл g, превращающийся в результате в хлорофилл а_G^[4].

Под действием кислорода в молекулах бактериохлорофиллов происходит окислительный разрыв пятичленного кольца V; в дальнейшем образовавшиеся кислотные остатки у атомов с-13 и С-14 могут вновь замкнуться в шестичленное ангидридное кольцо с образованием бактериопурпуринов или пурпуринов^[3][5].

Биосинтез

Схема биосинтеза бактериохлорофиллидов.

Упрощенная схема биосинтеза бактериохлорофиллидов a, b и g, а также (E,M)-бактериохлорофиллидов с-e^[6][7], показана на рисунке.

Ранее предполагалось, что первая стадия биосинтеза бактериохлорофиллов с-e, образование кольца V без карбоксиметильного заместителя при С13₂, может происходить еще до образования 3,8-дивинил-протохлорофиллида a^[8]. В настоящее время это считается маловероятным^[6][9].

Последняя ступень биосинтеза, превращение бактериохлорофиллидов в бактериохлорофиллы, осуществляется с помощью эстераз, кодируемых генами BchG у бактериохлорофиллов a, b и g и BchK у хлоробиум-хлорофиллов. В синтезе метилированных форм бактериохлорофиллов с-e принимают участие также метилаза С12₁-углерода BchR и С8₂-метилаза BchQ. Их субстратами, по-видимому, служат любые хлорофиллиды с гидроксиметильным остатком при С3, то есть метилирование может происходить на любом этапе после образования 8-этил-12-метил-бактериохлорофиллида d.

Распространение

Наиболее широко распространенный пигмент аноксигенных фототрофных бактерий — бактериохлорофилл а. Он является преобладающим хлориновым пигментом в реакционных центрах большинства фототрофных протеобактерий, у всех зеленых серобактерий (Сhlorobiaceae) и нитчатых аноксигенных фототрофов (Chloroflexiа). У немногих фототрофных протеобактерий бактериохлорофилл а полностью замещается бактериохлорофиллом b. Бактериохлорофилл g обнаружен только у одной небольшой по количеству видов и распространению группы бактерий, гелиобактерий.

Бактериохлорофиллы с-f присутствуют исключительно в хлоросомах, особых фотосинтетических антенных комплексах, имеющихся у всех зелёных серных бактерий (Chlorobiales), некоторых нитчатых аноксигенных фототрофов (Chloroflexia), а также у недавно обнаруженной фотогетеротрофной ацидобактерии Chloracidobacterium thermophilum^[10].

Пигмент	Группа бактерий	Максимум инфракрасного поглощения in vivo (нм)
Бактериохлорофилл a	Пурпурные бактерии (большинство),Chlorobiaceae, Chloroflexales и Chloracidobacterium thermophilum	805-815, 830—890
Бактериохлорофилл b	Пурпурные бактерии (некоторые)	835-850, 1020—1040
Бактериохлорофилл c	Chlorobiaceae (зеленые штаммы) большинство Chloroflexia, Chloracidibacterium thermophilum	745-755
Бактериохлорофилл d	зеленые штаммы Chlorobiaceae, Chloronema (Chloroflexia)	705-740
Бактериохлорофилл e	коричневые штаммы Chlorobiaceae	719-726
Бактериохлорофилл f	некоторые лабораторные штаммы Chlorobiaceae	~705-707
Бактериохлорофилл g	Гелиобактерии	670-788