Бактериохлорофиллы — 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
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.
| 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 | –фарнезил и др. | –H | |
| Бактериохлорофилл e | –CHOH–CH3 | –CHO | –C2H5b –C3H7 –C4H9 |
двойная | –CH3 –C2H5 |
–H | –фарнезил и др. | –CH3 | |
| Бактериохлорофилл f | –CHOH–CH3 | –CHO | –C2H5b –C3H7 –C4H9 |
двойная | ––CH3 –C2H5 |
–H | –фарнезил и др. | –H | |
| 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.).
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 аG.
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.
Биосинтез
Упрощенная схема биосинтеза бактериохлорофиллидов a, b и g, а также (E,M)-бактериохлорофиллидов с-e, 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. В настоящее время это считается маловероятным.
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.
| 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 |
Примечания
