Бактериохлорофиллы

В основе молекулы бактериохлорофиллов, как и у хлорофиллов, лежит тетрапиррольная структура с системой сопряжённых двойных связей, образованной делокализованными (подвижными) p-электронами. Известные бактериохлорофиллы различаются между собой наличием или отсутствием двойной связи между C7–C8 у пиррольного кольца II, структурой боковых заместителей тетрапиррольного макроцикла, а также присутствием этерифицирующего спирта.

По химической структуре бактериохлорофиллы a, b и g являются бактериохлоринами – их пиррольное кольцо II содержит одинарную связь между C7–C8. Бактериохлорофиллы с, d, e и f представляют собой хлорины – их пиррольное кольцо II содержит двойную связь между C7–C8, как у хлорофиллов. Бактериохлорофиллы а, b и с имеют несколько модификаций – могут быть этерифицированы фитолом (С₂₀ Н₃₉ ОН), фарнезолом (С₁₅ Н₂₅ ОН), геранил-гераниолом (С₂₀ Н₃₃ ОН) или другим многоатомным спиртом. Бактериохлорофиллы c, d, е этерифицированы фарнезолом.

Бактериохлорофиллы плохо растворяются в воде, в полярных растворителях подвергаются алломеризации, при действии кислорода разрушаются. Подобно хлорофиллу, бактериохлорофиллы неустойчивы к действию кислот, света и окислителей и образуют производные: бактериохлорофиллид, бактериофеофитин или бактериофеофорбид.

Бактериохлорофиллы являются фотосенсибилизаторами. Диапазон светового спектра, который они могут поглощать, варьирует от 350 до 1050 нм, что гораздо больше, чем у хлорофиллов. Спектральные характеристики бактериохлорофиллов меняются в зависимости от структуры заместителей в тетрапиррольном макроцикле, взаимодействия с белками, липидами и другими пигментами, в том числе каротиноидами (поглощают свет с длиной 400–550 нм).

В лабораторных условиях in vitro спектр поглощения бактериохлорофиллов меняется в зависимости от возраста культур и условий их роста. Максимумы поглощения бактериохлорофиллов приходятся на красную и инфракрасную (невидимую человеческим глазом) области спектра. Благодаря такой особенности многие виды аноксигенных фототрофных бактерий могут расти в условиях полной темноты, например в толще почвы и на больших глубинах под слоем водорослей, куда проникают только инфракрасные лучи.

Бактериохлорофилл a имеет основной максимум поглощения при 770–780 нм. Пурпурные бактерии, содержащие бактериохлорофилл a, могут поглощать свет с длиной волны до 950 нм. Некоторые виды пурпурных бактерий содержат только бактериохлорофилл b, имеющий основной максимум поглощения в области 1030 нм, тем самым граница поглощения света у них расширяется почти до 1100 нм. Дальше бактериохлорофилла b свет не поглощает ни один известный фотосинтетический пигмент.

Зелёные бактерии кроме бактериохлорофилла а содержат бактериохлорофилл с, основной максимум поглощения которого приходится на 750–760 нм, бактериохлорофилл d (720–740 нм) или бактериохлорофилл e (710–720 нм). Благодаря этим пигментам граница поглощения света у зелёных бактерий расширяется до 840 нм.

Бактериохлорофилл f выделен из некоторых лабораторных штаммов зелёных водорослей, имеет основной максимум поглощения при 705–707 нм.

Бактериохлорофилл g обнаружен у анаэробных гелиобактерий Heliobacillus mobilis и Heliobacillus chlorum, его основной максимум поглощения – при 790 нм.

Биосинтез бактериохлорофилла а наиболее изучен у пурпурных бактерий рода Rhodobacter. Синтез начинается с образования ${\displaystyle \delta }$- или 5-аминолевулиновой кислоты из сукцината и глицина и включает 16 стадий. Начальные стадии синтеза бактериохлорофилла а представляют собой синтез тетрапирролов. На этапе образования уропорфириногена III возможен синтез витамина В₁₂ , а на уровне протопорфирина IX – синтез гемсодержащих соединений (гемоглобин, цитохром b, каталаза, пероксидаза). Далее в протопорфирин IX встраивается атом магния и образуется Mg-протопорфирин IX. Через ряд реакций образуется протохлорофиллид а – общий предшественник бактериохлорофиллов и хлорофиллов.

Бактериохлорофиллы синтезируются путём модификации дивинилпротохлорофиллида а – восстановлением двойной связи у С7–С8 пиррольного кольца I, превращающим хлориновое кольцо в бактериохлориновое кольцо (в случае бактериохлорофиллов а, b и g), или удалением метилкарбоксильной группы у C13 из циклопентанового кольца V (в случае бактериохлорофиллов c, d, e и f).

Аноксигенные фототрофные бактерии синтезируют бактериохлорофиллы в темноте, т. к. непрерывное освещение, а также наличие в среде кислорода подавляют биосинтез. Биосинтез бактериохлорофилла g до сих пор не изучен, однако предполагают, что он повторяет биосинтез бактериохлорофилла а вплоть до этапа образования протохлорофиллида а.

Бактериохлорофиллы как фотосенсибилизаторы используют в качестве элементов наноконструкций для фотодинамической терапии злокачественных опухолей, инфекционных и воспалительных заболеваний (Scheer. 2006^[1]).