페오피틴

3. 역사와 발견

1977년 클레바니크(Klevanik), 클리모프(Klimov), 슈발로프(Shuvalov)는 광계 II에서 1차 전자 수용체 역할을 하는 것이 플라스토퀴논이 아니라 페오피틴임을 실험적으로 증명하였다. 전자 스핀 공명 등 일련의 실험을 통해 페오피틴의 광환원 및 광계 II 반응 중심과의 관계를 밝혀냈다.

이들은 페오피틴이 환원 가능하고, 따라서 P680과 플라스토퀴논 사이의 주요 전자 수용체라는 것을 보여주었다. 당시 많은 사람들이 페오피틴을 엽록소 분해의 부산물로만 여겼기 때문에 이 발견은 격렬한 반대에 부딪혔다. 이후 추가 실험을 통해 페오피틴이 실제로 P680과 플라스토퀴논 사이에서 작동하는 광계 II의 1차 전자 수용체임을 입증하였다.

이와 관련된 실험 결과는 다음과 같다.

이러한 관찰 결과는 모두 반응 중심 구성 요소의 광변환의 특징이다.

4. 홍색세균에서의 반응

페오피틴은 홍색세균의 광반응 중심체(RC P870)에서 첫 번째 전자 운반체 중간체 역할을 한다. 이 과정은 크게 다섯 단계로 나눌 수 있다. 첫 단계는 세균엽록소(Chl)₂, 즉 특수한 엽록소 쌍이 빛을 받아 들뜬 상태가 되는 것이다. 두 번째 단계에서는 들뜬 엽록소 쌍이 페오피틴에 전자를 전달하여 전하가 분리된다. 세 번째 단계는 전자가 메나퀴논(Q_A)으로 빠르게 이동하고, 이어서 두 번째 퀴논(Q_B)으로 전달되는 과정이다. 네 번째 단계는 두 번의 전자 전달을 통해 퀴논(Q_B)이 환원된다. 마지막 단계는 사이토크롬 c에서 전자를 받아 원래 상태로 돌아가고, 기질을 재생한다.

4. 1. 반응 메커니즘

5. 광계 II에 참여

광계 II에서 페오피틴은 홍색세균과 매우 유사하게 첫 번째 전자 운반체 중간생성물로 작용한다. P680이 P680^*으로 여기된 후 전자를 페오피틴으로 전달하면, 음전하를 띤 페오피틴 라디칼은 여분의 전자를 두 개의 연속된 플라스토퀴논 분자로 빠르게 전달한다. 이후 전자는 사이토크롬 ''b''₆''f'' 복합체를 거쳐 광계 II를 떠난다.^[1]

1977년 클레바닉, 클리모프, 슈발로프는 실험을 통해 페오피틴이 플라스토퀴논이 아닌 광계 II의 주요 전자 수용체임을 증명했다. 전자 상자성 공명(EPR) 등 여러 실험을 통해 페오피틴이 환원될 수 있으며, P680과 플라스토퀴논 사이의 주요 전자 수용체임을 보였다.^[1]

처음에는 페오피틴을 엽록소 분해의 부산물로만 여겨 이 발견에 대한 반대가 있었으나, 이후 추가 실험을 통해 페오피틴이 P680과 플라스토퀴논 사이에서 PSII의 주요 전자 수용체라는 사실이 입증되었다.^[1]

다음은 페오피틴의 광환원 관련 실험 결과이다.^[1]

• 페오피틴의 광환원은 PSII 반응 중심을 포함하는 다양한 혼합물에서 관찰되었다.
• 페오피틴의 양은 PSII 반응 중심의 수에 정비례한다.
• 페오피틴의 광환원은 100K와 같은 낮은 온도에서 발생하며, 플라스토퀴논의 환원 후에 관찰된다.

5. 1. 반응 메커니즘

• (Chl)₂ + 1 광자 → (Chl)₂^*

• (Chl)₂^* + Pheo → ·(Chl)₂⁺ + ·Pheo⁻

• 2·Pheo⁻ + 2H⁺ + Q_B → 2Pheo + Q_BH₂

6. 엽록소 분해

식물 플랑크톤이 죽거나 포식되어 분해될 때 페오피틴화가 일어난다. 낙엽 등의 생체 내에서 프로그램된 클로로필 분해 시에는 페오피틴화가 일어나지 않아 페오피틴을 경유하지 않는다. 이 경우 클로로필은 클로로필라아제|Chlorophyllase^영어에 의해 분해되어 장쇄 알코올(피톨 등)이 제거되고 클로로필리드가 된 후,^[4] Mg-데켈라타제가 촉매 작용을 하여 마그네슘이 제거되어^[5]페오포르비드로 분해된다.^[4] 추가적인 분해는 여러 효소에 의해 연쇄적으로 일어난다고 생각된다.

6. 1. 페오피틴화

6. 2. 분해 과정

7. 광흡수

페오피틴은 짙은 갈색에 가까운 색으로 보인다. 이는 마그네슘이 탈락하고 두 개의 수소 원자로 치환된 데 기인한다.

포르피린 고리에서 유래하는 빛의 흡수는 단파장 쪽(B 밴드, 소레 띠)과 장파장 쪽(Q 밴드)으로 나누어 해석된다. 엽록소와 거기에서 유래하는 페오피틴에서는 단파장 쪽의 흡수에는 거의 변화가 없지만, 장파장 쪽의 흡수에 큰 변화가 일어난다. 장파장 쪽의 흡수는, 페오피틴에서는 4개 정도의 비교적 약한 흡수 극대가 존재하지만, 엽록소에서는 1~2개로 보이는 매우 강한 흡수 극대가 존재한다. 페오피틴에서 장파장 쪽의 흡수가, 여러 개의 약한 것으로 되어 있는 것은, 중심에 결합하고 있는 것이 두 개의 수소 원자이기 때문에, 흡수에 관여할 수 있는 상태가 여러 개 존재하기 때문이라고 생각된다. 엽록소에서 장파장 쪽의 흡수의 수가 줄어들고 강해지는 것은, 중심에 금속 이온이 배위함으로써, 중심 부근의 전자 상태가 제한되어 빛 흡수에 관여할 수 있는 상태가 한정되기 때문이라고 생각된다.

참조

_[1] 웹사이트 Merriam-Webster Medical Dictionary definition of Pheophytin http://dictionary.re[...]
_[2] 웹사이트 Definition of pheo in The American Heritage Stedman's Medical Dictionary http://dictionary.re[...]
_[3] 웹사이트 phyt http://www.collinsdi[...] Collins English Dictionary - Complete & Unabridged 11th Edition 2012-10-19
_[4] 서적 陸水の事典 クロロフィル分解物 講談社 2006-03-31
_[5] 웹사이트 野菜花き研究部門:クロロフィル http://www.naro.affr[...] 農研機構 2020-05-09
_[6] 웹사이트 Merriam-Webster Medical Dictionary definition of Pheophytin http://dictionary.re[...]
_[7] 웹사이트 Definition of pheo in The American Heritage Stedman's Medical Dictionary http://dictionary.re[...]
_[8] 웹사이트 phyt http://www.collinsdi[...] Collins English Dictionary - Complete & Unabridged 11th Edition 2012-10-19