Faculté des sciences

Catabolisme de la chlorophylle b : structures, mécanismes et synthèse

Folly, Patrick ; Engel, Norbert (Dir.) ; Neier, Reinhard (Codir.)

Thèse de doctorat : Université de Fribourg, 2000 ; no 1287.

L’isolation et la caractérisation d’un nouveau catabolite de la chlorophylle (chl) à partir d’un Magnolia cultivé au jardin botanique de l’Université de Fribourg, Suisse. Un catabolite de la chlorophylle provenant du Mognolia hybr. spec. hort. a été isolé et purifié. Des expériences de dégradation chimique et de spectrométrie de masse ont montré que le nouveau catabolite... Plus

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    Résumé
    L’isolation et la caractérisation d’un nouveau catabolite de la chlorophylle (chl) à partir d’un Magnolia cultivé au jardin botanique de l’Université de Fribourg, Suisse. Un catabolite de la chlorophylle provenant du Mognolia hybr. spec. hort. a été isolé et purifié. Des expériences de dégradation chimique et de spectrométrie de masse ont montré que le nouveau catabolite possède une constitution similaire aux catabolites de la chlorophylle déjà isolés à partir de Cercidiphyllum japonicum et de Brassica napus. La différence entre ces catabolites consiste en la présence d’un résidu glycosylique lié de manière covalente au groupe hydroxy de la chaîne latérale éthyle du catabolite. Une détermination sûre de la constitution du catabolite a été empêchée par l’insolubilité inhérente du composé dans les solvants adéquats, ce qui n’a pas permis d’obtenir un spectre RMN suffisamment résolu. Démonstration de la conversion de la chl b en chl a avant dégradation dans les plantes supérieures. La chl b constitue le pigment secondaire du système collecteur de lumière dans les plantes supérieures et dans les algues vertes. Elle représente 30% de la quantité totale de chlorophylle. Avec la découverte d’un cycle d’interconversion chl a( b) il a été avancé que dans les plantes évoluées la chl b est convertie en chl a avant dégradation. Ce travail met en évidence, par spéctrométrie à haute résolution RMN-1H , –2H et de masse, qu’une fraction significative du groupe méthyle clé du catabolite contient un atome de deutérium lorsque les feuilles d’orge ( Hordeum vulgare) sont placées dans l’obscurité en présence d’eau deutérée à 80%. Ces résultats indiquent que la chl b est convertie en chl a avant dégradation, ce qui signifie que le catabolite isolé jusqu’ici provient des chl a et b. Il est surprenant de ne trouver l’insertion que d’un atome de deutérium dans le groupe méthyle du catabolite provenant de la chl b. Ceci suggère l’implication d’au moins deux enzymes rédox différentes. De ce résultat, on peut conclure que le cofacteur du premier enzyme transfert un hydrure et que le cofacteur du second utilise un (des) électron(s). L’absence de marquage sur les autres groupes méthyle du catabolite confirme qu’à l’exception de conversion chl b(a), les angiospermes ne forment pas de chlorophylle dans l’obscurité. Synthèse des maléimides, fragments obtenus lors de la procédure de dégradation chimique de catabolites de la chlorophylle. Cette partie du travail traite de la synthèse partielle et totale des maléimides isolés lors de la dégradation à l’acide chromique des catabolites de la chlorophylle susmentionnés. Pour cela, des dérivés appropriés de la protoporphyrine IX, des pyrroles substitués aux positions 3 et 4, et d’autres dérivés de pyrrole ont été synthétisés et traités avec de l’acide chromique. Bien que les quantités obtenues restent restreintes, les deux méthodes ont fourni les maléimides désirés.
    Summary
    Isolation and characterization of a new chlorophyll (chl) catabolite from a Magnolia species collected at the Botanical Garden of the University of Fribourg, Switzerland. A chlorophyll catabolite of Magnolia hybr. spec. hort. was isolated and purified. Chemical degradation experiments and mass spectroscopic investigation showed that the new catabolite has a similar constitution as the catabolites previously isolated from Cercidiphyllum japonicum and Brassica napus. The difference between them appears to be the presence of a glycosylic residue, which is covalently attached to the hydroxy group of the ethyl side chain of the catabolite. A secure elucidation of constitution was hampered by the inherent insolubility of the compound in suitable solvents, which did not allowed to obtain sufficiently resolved NMR spectra. Experimental proof that in higher plants chl b is converted to chl a before degradation. Chl b occurs as an accessory pigment of the light harvesting systems in higher plants and green algae, and comprises up to 30% of the total Chls. With the discovery of the Chl b( a) interconversion cycle it has been occasionally speculated that in higher plants Chl b is converted to Chl a before degradation. This work evidences, by high resolution 1H-, 2H- NMR and MS-ICR spectroscopic methods, that a significant fraction of the key methyl group of the Chl a catabolite becomes mono-deuterium labelled when green barley leaves ( Hordeum vulgare) are de-greened by permanent darkness in heavy water (80 atom% 2H). These results indicate that Chl b is converted to Chl a before degradation i.e. the Chl a catabolite isolated has emerged from both Chl a and Chl b. It was surprising to find that exclusively one deuterium atom was incorporated into the methyl-group of the Chl b catabolite. This result suggests the involvement of at least two distinguishable redox enzymes. From this result, it was concluded that the cofactor of the first enzyme transfers a hydride ion and that the cofactor of the second one mediates electron(s). The lack of label in the remaining methyl groups of the catabolite confirms, except from Chl b( a) conversion, the general assumption that angiosperms form no Chl in the dark. Chemical synthesis of the corresponding maleimide fragments obtained from the chemical degradation procedure of the chlorophyll catabolites. This part deals with the partial and total chemical synthesis of the maleimides isolated from the chromic acid degradation products of the above mentioned chlorophyll catabolite. For this purpose, suitable protoporphyrin IX derivatives, 3,4-substituted pyrroles and pyrrol derivatives were synthesized and subsequently treated with chromic acid. Both methods yielded the desired maleimides although, up to now, only in small quantities.