الكلوروفيليد: السلائف الحيوية لصبغات الكلوروفيل

يُعد الكلوروفيليد أ (Chlorophyllide a) والكلوروفيليد ب (Chlorophyllide b) السلائف الحيوية الأساسية لإنتاج الكلوروفيل أ والكلوروفيل ب على التوالي. يتم تحويل مجموعات حمض البروبيونيك الموجودة في هذه المركبات إلى إسترات الفيتيل بواسطة إنزيم كلوروفيل سينثيز (chlorophyll synthase) في الخطوة النهائية من مسار التخليق الحيوي. لذا، تتركز الأهمية العلمية لهذه المركبات في دراسة كيفية بناء الكلوروفيل في النباتات، الطحالب، والبكتيريا الزرقاء.

كما يلعب الكلوروفيليد أ دوراً وسيطاً في التخليق الحيوي للبكتيريوكلوروفيل، مما يجعله حلقة وصل حيوية في عالم الكائنات ذاتية التغذية الضوئية.

البنية الكيميائية

الكلوروفيليد أ هو حمض كربوكسيلي (حيث R=H). أما في الكلوروفيليد ب، يتم استبدال مجموعة الميثيل في الموضع 13 (وفقاً لترقيم IUPAC للكلوروفيليد أ) بمجموعة فورميل، وهو ما يظهر بوضوح في التمايز البنيوي بين النوعين.

خطوات التخليق الحيوي حتى تكوين بروتوبورفيرين IX

تبدأ عملية التخليق الحيوي من حمض الغلوتاميك، حيث يتم إنشاء "تترا بيرول" بواسطة إنزيمات دياميناز (deaminase) وكوسينثيتيز (cosynthetase). تقوم هذه الإنزيمات بتحويل حمض أمينوليفولينيك عبر البورفوبيلينوجين والهيدروكسي ميثيل بيلان إلى يوروبورفيرينوجين III.

يُعتبر يوروبورفيرينوجين III أول وسيط حلقي مشترك لإنتاج الهيم، السيروهيم، العامل المساعد F430، كوبالامين، والكلوروفيل. تلي ذلك مراحل تكوين كوبوروبورفيرينوجين III ثم بروتوبورفيرينوجين IX، والذي يتأكسد في النهاية ليصبح بروتوبورفيرين IX العطري بالكامل.

في الثدييات، يؤدي إدخال الحديد في بروتوبورفيرين IX إلى تكوين الهيم (المسؤول عن نقل الأكسجين في الدم)، بينما تقوم النباتات بدمج المغنيسيوم بدلاً من الحديد لبدء مسار إنتاج الكلوروفيل.

تخليق الكلوروفيليدات من بروتوبورفيرين IX

تختلف تفاصيل المراحل المتأخرة من مسار التخليق الحيوي بين النباتات (مثل Arabidopsis thaliana) والبكتيريا، ولكن التفاعلات الكيميائية تظل متطابقة رغم اختلاف الجينات والإنزيمات.

إدخال المغنيسيوم

يتميز الكلوروفيل بوجود أيون مغنيسيوم منسق داخل ليجاند يسمى "كلورين". يتم إدخال المعدن في بروتوبورفيرين IX بواسطة إنزيم مغنيسيوم شيلاتاز (magnesium chelatase) الذي يحفز التفاعل EC 6.6.1.1.

أسترة مجموعة بروبيونات الحلقة C

الخطوة التالية نحو تكوين الكلوروفيليدات هي تكوين إستر ميثيل (CH3) على إحدى مجموعات البروبيونات، ويحفز هذا التفاعل إنزيم مغنيسيوم بروتوبورفيرين IX ميثيل ترانسفيراز (magnesium protoporphyrin IX methyltransferase) في التفاعل EC 2.1.1.11.

من البورفيرين إلى الكلورين

يتم إنشاء حلقة كربونية خماسية (الحلقة E) عندما يتم حلقنة إحدى مجموعات البروبيونات في البورفيرين إلى ذرة الكربون التي تربط حلقات البيرول C و D الأصلية. تتم هذه السلسلة من الخطوات بواسطة إنزيم مغنيسيوم-بروتوبورفيرين IX مونو ميثيل إستر (أكسيداز) سيكلاز (EC 1.14.13.81).

خطوات الاختزال للوصول إلى الكلوروفيليد أ

يتطلب إنتاج الكلوروفيليد أ تحولين إضافيين، كلاهما تفاعلات اختزال: الأول يحول مجموعة الفينيل إلى مجموعة إيثيل، والثاني يضيف ذرتي هيدروجين إلى حلقة البيرول D. يقوم إنزيم ديفينيل كلوروفيليد أ 8-فينيل-ريدوكتاز بتحويل 3,8-ديفينيل بروتوكلوروفيليد إلى بروتوكلوروفيليد في التفاعل EC 1.3.1.75.