La protoclorofilida , [1] o protoclorofilida monovinílica , es un intermediario en la biosíntesis de la clorofila a . Carece de la cadena lateral fitol de la clorofila y del pirrol reducido en el anillo D. [2] La protoclorofilida es altamente fluorescente ; los mutantes que la acumulan brillan en rojo si se irradian con luz azul. [3] En las angiospermas , los pasos posteriores que convierten la protoclorofilida en clorofila dependen de la luz, y dichas plantas son pálidas ( cloróticas ) si se cultivan en la oscuridad. Las gimnospermas , las algas y las bacterias fotosintéticas tienen otra enzima independiente de la luz y también crecen verdes en la oscuridad.
La enzima que convierte protoclorofilida en clorofilida a , el siguiente intermediario en la ruta biosintética, [4] es la protoclorofilida reductasa , [5] EC 1.3.1.33. Hay dos proteínas estructuralmente no relacionadas con esta actividad: la dependiente de la luz y la que opera en la oscuridad. La reductasa dependiente de la luz necesita luz para funcionar. La versión que opera en la oscuridad es una proteína completamente diferente, que consta de tres subunidades que exhiben una similitud de secuencia significativa con las tres subunidades de la nitrogenasa , que cataliza la formación de amoníaco a partir de dinitrógeno. [6] Esta enzima puede ser evolutivamente más antigua pero (al ser similar a la nitrogenasa) es altamente sensible al oxígeno libre y no funciona si su concentración excede aproximadamente el 3%. [7] Por lo tanto, la versión alternativa, dependiente de la luz, necesitaba evolucionar.
La mayoría de las bacterias fotosintéticas tienen reductasas tanto dependientes como independientes de la luz. Las angiospermas han perdido la forma operativa en la oscuridad y dependen de 3 copias ligeramente diferentes de la versión dependiente de la luz, frecuentemente abreviadas como POR A, B y C. Las gimnospermas tienen muchas más copias del gen similar ( el pino loblolly tiene alrededor de 11 El pino loblolly (Pinus taeda L.) contiene múltiples genes expresados que codifican la NADPH dependiente de la luz: protoclorofilida oxidorreductasa (POR)). En las plantas, POR está codificada en el núcleo celular y solo más tarde se transporta a su lugar de trabajo, el cloroplasto . A diferencia de POR, en plantas y algas que tienen la enzima operativa en la oscuridad está al menos parcialmente codificada en el genoma del cloroplasto . [8]
La clorofila en sí está unida a las proteínas y puede transferir la energía absorbida en la dirección requerida. Sin embargo, la protoclorofilida se encuentra principalmente en forma libre y, en condiciones de luz, actúa como fotosensibilizador, formando radicales libres altamente tóxicos. Por lo tanto, las plantas necesitan un mecanismo eficiente para regular la cantidad de precursor de clorofila. En las angiospermas, esto se hace en el paso del ácido δ-aminolevulínico (ALA), uno de los compuestos intermedios en la ruta biosintética. Las plantas que se alimentan de ALA acumulan niveles altos y tóxicos de protoclorofilida, al igual que los mutantes con un sistema regulador alterado.
El mutante FLU de Arabidopsis con regulación dañada puede sobrevivir solo en una oscuridad continua (la protoclorofilida no es peligrosa en la oscuridad) o bajo luz continua, cuando la planta puede convertir toda la protoclorofilida producida en clorofila y no la acumula en exceso a pesar de la falta de regulación. En el mutante Tigrina de cebada (mutado en el mismo gen, [9] ) la luz mata la mayoría del tejido de la hoja que se ha desarrollado en la oscuridad, pero sobrevive parte de la hoja que se originó durante el día. Como resultado, las hojas están cubiertas por rayas blancas de regiones necróticas, y el número de rayas blancas es cercano a la edad de la hoja en días. Las regiones verdes sobreviven las noches posteriores, probablemente porque la síntesis de clorofila en el tejido de la hoja madura se reduce en gran medida de todos modos.
A pesar de numerosos intentos anteriores para encontrar el mutante que sobreacumula protoclorofilida en condiciones habituales, actualmente (2009) solo se conoce un gen de este tipo ( flu ). Flu (descrito por primera vez en [3] ) es una proteína codificada en el núcleo, ubicada en el cloroplasto que parece contener solo sitios de interacción proteína-proteína. Actualmente no se sabe qué otras proteínas interactúan a través de este enlace. La proteína reguladora es una proteína transmembrana que se encuentra en la membrana tilacoide . Más tarde, se descubrió que los mutantes Tigrina en cebada, conocidos hace mucho tiempo, también están mutados en el mismo gen. [9] No es obvio por qué no se observaron mutantes de ningún otro gen; tal vez las mutaciones en otras proteínas, involucradas en la cadena reguladora, sean fatales. Flu es un solo gen, no un miembro de la familia de genes .
Más tarde, por similitud de secuencia, se encontró una proteína similar en las algas Chlamydomonas , [10] lo que demuestra que este subsistema regulador existió mucho tiempo antes de que las angiospermas perdieran la enzima de conversión independiente. De otra manera, la proteína reguladora de Chlamydomonas es más compleja: es más grande, cruza la membrana tilacoide dos veces en lugar de una, contiene más sitios de interacción proteína-proteína e incluso sufre un empalme alternativo . Parece que el sistema regulador sufrió una simplificación durante la evolución.