Cтраница 3
Синтез фенолкарбоновых кислот и флавоноидов резко активируется на свету. Метаболические ингибиторы, подавляющие фотосинтетическую активность хлоропластов ( симазин, диурон, хлорам-феникол), одновременно тормозят и биосинтез флавоноидов. В хло-ропластах зеленых листьев растений локализуются фенольные соединения, некоторые из которых специфичны только для этих орга-нелл. В хлоропластах весенних листьев ивы содержится больший набор фенолов и в большем количестве, чем в хлоропластах осенних листьев. Синтез фенолов в хлоропластах зависит от света. В про-пластидах этиолированных побегов ивы фенолов не содержится. Фенолкарбоновые кислоты и халконы локализуются в клеточном соке. Свет вызывает появление флавонолов в хлоропластах и цитоплазме. [31]
Как мы увидели выше, шикимовая кислота - достаточно универсальный ключевой интермедиат, так как наряду с фенолами и фенолокислотами она образует и целую серию протеиноген-ных аминокислот. Но в то же время шикимовая кислота не столь универсальна, чтобы единолично решить задачу синтеза всех фенольных производных. Биосинтез флавоноидов представляет собой случай комплексного биосинтетического пути: наряду с шикиматны-ми реакциями здесь используются и поликетидные. Активированные коэнзимом А коричные кислоты способны вступать во взаимодействие с типичными интермедиатами поликетидного биосинтеза, такими как малонил - S - СоА, образуя смешанные поликетиды, которые после восстановления и внутримолекулярной конденсации превращаются в гидроксилированные халко-ны, способные к последующему формированию упиронового цикла. [32]
Биосинтез флавоноидов осуществляется в очень больших масштабах. Показано, что у высших растений на него расходуется почти 2 % всего углерода, фиксируемого при фотосинтезе. В общих чертах биосинтез флавоноидов изучен достаточно хорошо, однако многие детали, главным образом касающиеся ферментов, еще ждут своего выяснения. Удобнее всего рассматривать биосинтетический путь по стадиям: 1) образование основного Сб - С3 - Сб-скелета, включая два главных пути биосинтеза фенольных соединений - поликетидный и шикимат-ный, 2) пути, по которым флавоноиды различных классов образуются из основного Сб - С3 - Сб-предшественника, и возможные взаимопревращения между флавоноидами различных классов, 3) окончательные модификации, такие, как гидроксилирование, метилирование и гликозилирование, которые дают начало многим индивидуальным флавоноидам внутри каждого класса. [33]
Изучение распределения изосалипурггозида в клетке показало, что наибольшее количество его локализуется в цитоплазме и в 150 - 200 раз меньшее - содержится в хлрропластах. Этиоляция тканей резко снижает синтез изосалипурпозида. Таким образом, для нормального биосинтеза флавоноидов в хлоропластах необходимо наличие света. [34]
Получено мало сведений о биосинтетических связях между различными классами флавоноидов. Существует много примеров конкуренции между определенными классами флавоноидов, но, с другой стороны, имеются примеры, когда такой конкуренции нет. Кажется правдоподобным существование общего пути биосинтеза флавоноидов на его ранних стадиях, но тогда как объяснить эти явно противоречивые генетические результаты. [35]
Другая книга под редакцией Харборна ( Harborne, 1964) по биохимии фенольных соединений в общем также содержит полезный материал. Две недавно вышедшие обзорные статьи Суэйна ( Swain, 1976a) и Уонга ( Wong, 1976) посвящены соответственно природе и свойствам флавоноидов и их биосинтезу. Статья Хэслама ( Haslam, 1979) о шикимат-ном пути биосинтеза включает описание биосинтеза флавоноидов, причем механизмы реакций в ней рассматриваются настолько подробно, насколько это позволяют экспериментальные данные. В статье Гризебаха ( Grisebach, 1980) приведена имеющаяся на сегодняшний день информация по избранным аспектам биосинтеза флавоноидов. Совсем новый обзор Тимберлэй-ка ( Timberlake, 1980) позволяет вникнуть в проблемы, связанные с использованием антоцианов в качестве пищевых красителей. [36]
Другая книга под редакцией Харборна ( Harborne, 1964) по биохимии фенольных соединений в общем также содержит полезный материал. Две недавно вышедшие обзорные статьи Суэйна ( Swain, 1976a) и Уонга ( Wong, 1976) посвящены соответственно природе и свойствам флавоноидов и их биосинтезу. Статья Хэслама ( Haslam, 1979) о шикимат-ном пути биосинтеза включает описание биосинтеза флавоноидов, причем механизмы реакций в ней рассматриваются настолько подробно, насколько это позволяют экспериментальные данные. В статье Гризебаха ( Grisebach, 1980) приведена имеющаяся на сегодняшний день информация по избранным аспектам биосинтеза флавоноидов. Совсем новый обзор Тимберлэй-ка ( Timberlake, 1980) позволяет вникнуть в проблемы, связанные с использованием антоцианов в качестве пищевых красителей. [37]
Различная степень окисления обусловливает существование разных классов флавоноидов, каждый из которых характеризуется собственными светопоглощающими свойствами. Соединения одного из классов - антоцианы ( возможно, в хиноноидной форме) придают цветкам и плодам наиболее яркую окраску. Они вызывают особый интерес у садоводов, и изменение их состава лежит в основе многих программ по выведению растений с новой необычной окраской цветков. Состав флавоноидов, в том числе и множества их гликозид-ных производных, служит и будет продолжать служить полезным признаком для выявления таксономических корреляций. В систематических исследованиях, вероятно, будут обнаружены все новые типы флавоноидов, структуру которых предстоит расшифровать химикам-органикам. Многое еще предстоит сделать и для выяснения биосинтеза флавоноидов. Прямые доказательства предложенных ферментативных взаимопревращений различных классов флавоноидов во многих случаях все еще отсутствуют, механизмы многих реакций до конца не выяснены, а подробных исследований, посвященных катализирующим их ферментам, почти нет. Хотя физиологические факторы и факторы окружающей среды ( например, свет), которые регулируют биосинтез флавоноидов, в целом выявлены, механизмы, регулирующие состав флавоноидов и их раздельный биосинтез, особенно антоцианов, в различным образом окрашенных участках цветков и других растительных тканей, почти неизвестны. [38]
У растений очень часю встречается мутация, в результате которой вместо окрашенных развиваются белые цветки. Гены, контролирующие образование антоцианов, идентифицированы у большинства изученных до сих пор растений. Иногда для образования пигмента требуются пары дополняющих друг друга генов. Так, например, синтез цианидина в эндосперме кукурузы контролируется двумя локусами - А и R. Мутанты с белыми цветками, например формы Antirrhinum с цветками цвета слоновой кости, обычно содержат, в меньшей концентрации, те же самые флавоны, которые присутствуют и у окрашенных форм. Мутант с альбиноти-ческими, или чисто-белыми, цветками у Antirrhinum ( генотип пп) ( табл. 45) весьма необычен в том отношении, что у него вообще отсутствуют флавоноиды. Поскольку известно, что в чисто-белых цветках содержатся оксикорич-ные кислоты ( С6С3 - соединения), ген N, по-видимому, контролирует какой-то этап в биосинтезе флавоноидов, который предшествует присоединению СвС3 - предшественника к мало-нил - КоА ( см. разд. [39]
Успехи такого масштаба отодвигают в настоящее время на задний план генетические работы, непосредственно не связанные с этими основными проблемами. По сравнению с достижениями в изучении ДНК успех генетических исследований фенольных соединений следует считать незначительным. Более того, вероятно, что до тех пор, пока не будут расширены подходы, из таких исследований можно получить сравнительно мало информации, представляющей общебиологический или генетический интерес. В этой главе рассматриваются классические работы по генетике фенольных соединений и некоторые работы последних лет. Целью исследований обычно было описание в классических терминах Менделя генетических механизмов образования окрасок цветков, присущих отдельным видам или родам. В ранних классических работах и позднее, основываясь на данных такого рода исследований, фенотипические эффекты связывали со специфическими химическими изменениями в флавоноидных соединениях. В других исследованиях были открыты некоторые механизмы, управляющие количественным наследованием этих пигментов, и, наконец, в них часто содержался анализ генного-управления характера распределения некоторых флавоноидных соединений. Независимо от этого были изучены пути биосинтеза флавоноидных структур в исследованиях с помощью меченых атомов. Небольшое число работ посвящено изучению ферментов биосинтеза флавоноидов, хотя в течение нескольких лет успешно ведутся интенсивные исследования по энзимологии синтеза ароматических веществ в микроорганизмах. [40]
Различная степень окисления обусловливает существование разных классов флавоноидов, каждый из которых характеризуется собственными светопоглощающими свойствами. Соединения одного из классов - антоцианы ( возможно, в хиноноидной форме) придают цветкам и плодам наиболее яркую окраску. Они вызывают особый интерес у садоводов, и изменение их состава лежит в основе многих программ по выведению растений с новой необычной окраской цветков. Состав флавоноидов, в том числе и множества их гликозид-ных производных, служит и будет продолжать служить полезным признаком для выявления таксономических корреляций. В систематических исследованиях, вероятно, будут обнаружены все новые типы флавоноидов, структуру которых предстоит расшифровать химикам-органикам. Многое еще предстоит сделать и для выяснения биосинтеза флавоноидов. Прямые доказательства предложенных ферментативных взаимопревращений различных классов флавоноидов во многих случаях все еще отсутствуют, механизмы многих реакций до конца не выяснены, а подробных исследований, посвященных катализирующим их ферментам, почти нет. Хотя физиологические факторы и факторы окружающей среды ( например, свет), которые регулируют биосинтез флавоноидов, в целом выявлены, механизмы, регулирующие состав флавоноидов и их раздельный биосинтез, особенно антоцианов, в различным образом окрашенных участках цветков и других растительных тканей, почти неизвестны. [41]