La protoclorofilida , [1] o monovinil protoclorofilida , es el precursor inmediato de la clorofila a sin la cola de fitol . [2] A diferencia de la clorofila, la protoclorofilida tiene una fuerte fluorescencia; los mutantes que lo acumulan en sus tejidos brillan en rojo cuando se irradian con luz azul. [3] En las plantas con flores , la conversión de protoclorofilida en clorofila depende de la luz, y tales plantas se vuelven blancas ( cloróticas ) cuando crecen en la oscuridad. Por el contrario , las gimnospermas , las algas y las bacterias fotosintéticas utilizan una enzima independiente de la luz diferente y se vuelven verdes incluso en la oscuridad.
La transformación de protoclorofilida en clorofila se lleva a cabo por la enzima protoclorofilida reductasa , [4] código CF 1.3.1.33. Hay dos enzimas estructuralmente diferentes con tal actividad: reductasas dependientes de la luz y oscuras. La reductasa dependiente de la luz requiere luz para funcionar, mientras que la reductasa oscura es una proteína completamente diferente, que consta de tres subunidades, que muestra una similitud significativa con las tres subunidades de la nitrogenasa , que cataliza la formación de amoníaco a partir de una molécula de nitrógeno . [5] Esta enzima, que puede haber evolucionado mucho antes (obvia similitud con la nitrogenasa), es muy sensible al oxígeno libre y no funciona si su concentración supera el 3 %. [6] Por lo tanto, la versión alternativa dependiente de la luz aún debe mejorarse en el proceso de evolución.
La mayoría de las bacterias fotosintéticas tienen ambas formas de la enzima. Las plantas con flores han perdido su forma oscura y dependen de tres copias ligeramente diferentes de la reductasa dependiente de la luz, comúnmente denominadas PCR A, B y C. Las gimnospermas tienen incluso más copias de este gen (el pino incienso tiene alrededor de once [7] ) . En las plantas, la protoclorofilida reductasa dependiente de la luz es codificada por genes nucleares y solo más tarde es transportada a su sitio de función, el cloroplasto . Por el contrario, en plantas y algas con una forma oscura de la enzima, está codificada al menos parcialmente por el ADN del cloroplasto. [7]
La clorofila en la célula está asociada con las proteínas y puede absorber y transferir energía en una dirección determinada. Sin embargo, la protoclorofilida, que se encuentra en la célula principalmente en forma libre y en presencia de luz, se comporta como un fotosensibilizador, generando radicales libres tóxicos. Por lo tanto, las plantas necesitan un mecanismo efectivo para regular la cantidad de precursores metabólicos de la clorofila. En las plantas con flores, se produce un control similar en la etapa de formación del ácido δ-aminolevulínico (ALA), uno de los intermediarios en la vía de biosíntesis de la clorofila. Las plantas alimentadas artificialmente con ALA acumularon protoclorofilida en grandes cantidades tóxicas, al igual que los mutantes con un sistema regulador dañado.
GRIPE de Arabidopsis : con un sistema regulador dañado solo puede sobrevivir en la oscuridad constante (la protoclorofilida no es peligrosa en ausencia de luz) o en la luz constante, cuando la planta es capaz de convertir toda la protoclorofilida producida en clorofila y no acumularla en exceso. a pesar de la falta de regulación. En la cebada Tigrina mutada (la mutación ocurre en el mismo gen, [8] ) la luz mata la mayor parte del tejido de la hoja que se desarrolló en la oscuridad, pero la parte de la hoja que se formó durante el día permanece viva. Como resultado, las hojas se cubren con franjas blancas de células muertas, y su número es cercano al número de días que ha vivido la hoja. Las partes verdes sobreviven la noche siguiente, probablemente porque la síntesis de clorofila en el tejido de la hoja adulta casi siempre se reduce severamente.
A pesar de muchos intentos de encontrar mutaciones que causen un exceso de protoclorofilida en condiciones normales, por el momento (2009) solo se conoce uno de esos genes: ( gripe ). La gripe (descrita por primera vez en [3] ) es una proteína codificada en el núcleo y localizada en el cloroplasto que parece contener exclusivamente sitios de interacción proteína-proteína. Es una proteína transmembrana localizada en la membrana tilacoide. Todavía no está del todo claro por qué no se han encontrado otros tipos de mutaciones similares; es probable que los cambios en otras proteínas involucradas en la cadena reguladora sean letales. La gripe es un solo gen, no pertenece a ninguna familia de genes.
Más tarde, basándose en la similitud de secuencias, se encontró una proteína similar en las algas Chlamydomonas [9] . Esto prueba que este tipo de sistema regulador existía mucho antes de que las plantas con flores perdieran la reductasa oscura. La proteína reguladora de Chlamydomonas es mucho más compleja: es más grande, atraviesa dos membranas tilacoides en lugar de una, contiene más sitios de interacción con otras proteínas e incluso sufre cortes alternativos . Esto nos hace entender que, aparentemente, el sistema regulatorio se ha simplificado mucho en el proceso de evolución.
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