Cтраница 3
Третий способ биосинтеза ацилбензолов заключается в окислении бен-зильной метиленовой группы алкилированных и пренилированных фенолов. Продуктом такого пути синтеза является ингибитор прорастания семян эвкалипта грандинол 3.74. У этого соединения бензольное кольцо полностью замещенное, и ясно, что заместители появились в результате вторичных реакций первично возникшего из поликетида флороглюцинового предшественника. Подобных полностью замещенных бензольных производных немало среди метаболитов растений и грибов. [31]
Из пентакетида образуются наиболее простые члены хромонового семейства. Дальнейшее наращивание ацетатных или малонатных фрагментов создает возможности для биосинтеза у-хромонов с протяженными боковыми цепями, таких как противогрибковый антибиотик и сильный ингибитор клеточной энергетики стигмателлин 3.247 из слизистых бактерий Stigmatella aurantica. Кроме того, высшие поликетиды способны циклизоваться таким образом, что образуются хромоны с добавочными циклами. [32]
Флавоноиды и родственные циннамоилтетракетиды распространены во всех высших растениях, лишайниках и даже некоторых грибах. Между прочим, таксономическое деление высших растений в большей степени основывается на отдельных деталях суммарной картины биогенеза флавоноидов, чем на путях биосинтеза более важных групп природных соединений; однако некоторые типы поликетидов из растений характеризуются очень узкой сферой распространения. Стартовые звенья в растительных поликетидах необычно разнообразны; возможно, это обусловлено тем, что в растениях наряду с ацетильным звеном широко распространены циннамоильные звенья. В нитевидных актиномицетовых бактериях также содержится множества длинноцепочечных поликетидов, в частности поликетидов с частично восстановленными цепями, построенными из звеньев пропионил-и метилмалонил - КоА, как в различных макролидных антибиотиках ( см. разд. В других, истинных бактериях поликетиды распространены в значительно меньшей степени. [33]
Поликетиды широко распространены в природе. Обычные жирные кислоты являются практически универсальными необходимыми компонентами любой клетки и обладают способностью накапливаться в ней. В то же время специфические жирные кислоты и такие стоящие особняком поликетиды, как полиацетилены ( см. разд. К вторичным метаболитам относятся и почти все другие поликетиды; из огромного разнообразия структур каждая обычно имеет сравнительно ограниченную область распространения. Поликетиды встречаются весьма редко у позвоночных, на иногда обнаруживаются у насекомых, особенно в виде различных феромонов, и в виде ряда пигментов - производных полициклических ароматических поликетидов. [34]
Присутствие ОН-групп при С-5, С-7 и С-4 у большинства флавоноидов обусловлено основным путем их биосинтеза. Индивидуальные флавоноиды образуются в результате удаления одной или нескольких ОН-групп, дальнейшего гидроксилирова-ния, О - или С-метилирования или гликозилирования. Сб - С3 - Сб-скелета, хотя удаление кислорода у С-5, возможно, происходит на стадии, поликетида. [35]
Например, на схеме ( 4) показана одна такая стадия. В более общем случае возможны любые степени восстановления [ - CH ( OH) CHR -, - CHCR - или - CH2CHR - ] в любом числе кетометиленовых звеньев в цепи. В ароматических поликетидах, когда цепь складывается тем или иным специфическим образом [ см., например, ( 19) - ( 20) ], довольно обычен процесс восстановления и дегидратации. [36]
Большинство длинноцепных алифатических молекул, упоминающихся в этой главе, образуется по другому, не менее важному, биогенетическому пути. Начало ему дает также молекула уксусной кислоты в форме ацетилкоэнзима А, и первая стадия этих двух биосинтетических путей совпадает. Однако далее ацетоацетилкоэнзим А 1.3 реагирует с третьей молекулой ацетата иначе. Такие вещества называют поликетидами. [37]
Поликетиды широко распространены в природе. Обычные жирные кислоты являются практически универсальными необходимыми компонентами любой клетки и обладают способностью накапливаться в ней. В то же время специфические жирные кислоты и такие стоящие особняком поликетиды, как полиацетилены ( см. разд. К вторичным метаболитам относятся и почти все другие поликетиды; из огромного разнообразия структур каждая обычно имеет сравнительно ограниченную область распространения. Поликетиды встречаются весьма редко у позвоночных, на иногда обнаруживаются у насекомых, особенно в виде различных феромонов, и в виде ряда пигментов - производных полициклических ароматических поликетидов. [38]
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. [39]
Норгеркеинон и тетрациклин помимо поликетидной кольцевой системы содержат изопентенильный и метальный заместители, соответственно, и, таким образом, являются примерами метаболитов с несколькими предшественниками. Это звено присоединено к феналеноновому кольцу своим разветвленным атомом углерода, что представляет собой сравнительно редкий тип связи; выше был приведен другой пример грибного индольного алкалоида эхинулина ( 11), в котором один из трех изопентенильных заместителей имеет тот же тип связи. С-Метиль - ная и УУ-диметильные группы тетрациклинов служат примерами использования Ci-звеньев ( ср. В соответствии с механизмом ферментативной реакции нуклеофильного замещения метильной группы, связанной с положительно заряженным атомом серы донорной молекулы S-аденозилметионина, внедрение этих групп в поликетиды с образованием углерод-углеродных связей осуществляется у потенциального анионного атома углерода, образовавшегося из метильной группы ацетата. Имеется большое число экспериментальных данных, свидетельствующих о том, что описанное выше замещение происходит до циклизации поликетидной цепи. [40]
Поликетиды широко распространены в природе. Обычные жирные кислоты являются практически универсальными необходимыми компонентами любой клетки и обладают способностью накапливаться в ней. В то же время специфические жирные кислоты и такие стоящие особняком поликетиды, как полиацетилены ( см. разд. К вторичным метаболитам относятся и почти все другие поликетиды; из огромного разнообразия структур каждая обычно имеет сравнительно ограниченную область распространения. Поликетиды встречаются весьма редко у позвоночных, на иногда обнаруживаются у насекомых, особенно в виде различных феромонов, и в виде ряда пигментов - производных полициклических ароматических поликетидов. [41]
Флавоноиды и родственные циннамоилтетракетиды распространены во всех высших растениях, лишайниках и даже некоторых грибах. Между прочим, таксономическое деление высших растений в большей степени основывается на отдельных деталях суммарной картины биогенеза флавоноидов, чем на путях биосинтеза более важных групп природных соединений; однако некоторые типы поликетидов из растений характеризуются очень узкой сферой распространения. Стартовые звенья в растительных поликетидах необычно разнообразны; возможно, это обусловлено тем, что в растениях наряду с ацетильным звеном широко распространены циннамоильные звенья. В нитевидных актиномицетовых бактериях также содержится множества длинноцепочечных поликетидов, в частности поликетидов с частично восстановленными цепями, построенными из звеньев пропионил-и метилмалонил - КоА, как в различных макролидных антибиотиках ( см. разд. В других, истинных бактериях поликетиды распространены в значительно меньшей степени. [42]
Меченый предшественник должен более или менее свободно входить в систему и становиться метаболически эквивалентным эндогенному субстрату, в который требуется ввести метку. Эти требования в общем соблюдаются, например, для ацетат-иона, в меньшей степени - для малонат-иона и часто совершенно не соблюдаются для введенного мевалонат-иона. Эксперимент должен также обеспечивать возможность отличать проверяемый прямой путь включения от любых других неожиданных и часто в высшей степени косвенных путей. Например, структуры многих поликетидов таковы, что меченый поликетид в результате простых реакций расщепления может стать источником специфически меченного аце-тил - КоА, который затем может включаться в совершенно иное соединение. Еще один пример: такие совершенно различные по структуре аминокислоты, как глицин, серии и триптофан, могут являться эффективными предшественниками С-метильных групп; количественное сравнение с меченым метионином показывает, что последний представляет собой гораздо лучший предшественник, но результаты с другими аминокислотами могут быть правильно интерпретированы только при наличии определенных данных о промежуточном метаболизме. Соблюдение соответствующих биологических принципов может также оказаться выгодным при выборе наиболее экономичной или наиболее чувствительной методики. Как будет показано ниже, различные применяющиеся в настоящее время изотопы следует вводить в различных количествах; этот факт следует учитывать, например, при проведении предварительных опытов с целью оптимизации условий включения предшественника. Кинетика включения предшественника может быть чрезвычайно сложной. [43]
Широко распространенный продукт метаболизма грибов 6-ме-тилсалициловая кислота ( 6) образуется тем же путем, что и соединение ( 2), однако добавляется стадия восстановления, осуществляющаяся в определенном месте цепи до ее циклизации. В асперлине ( 7) то же самое промежуточное соединение подвергается более глубокому восстановлению до октатриеновой кислоты ( 8), циклизация которой, естественно, происходит другим путем. В радицинине ( 11) только часть молекулы ( показанная жирной линией) получается в процессе сборки тетракетида, а остальная часть возникает в результате присоединения ацетоацетильного остатка. Стипитатовая кислота ( 12), являющаяся производным трополона, образуется из гомолога орселлиновой кислоты ( 4), а енол-лактон патулин ( 13) является метаболитом 6-метилсалици-ловой кислоты. Два последних примера показывают, как далеко заходят трансформации скелета в поликетидах. [44]
Изотопные эффекты при использовании 14С незначительны, а реакции, приводящие к потере метки, очень редки. Выпускается широкий набор меченных 14С соединений, пригодных для непосредственного применения или в качестве исходных веществ для синтеза. Однако синтез меченых соединений с достаточно высокой для использования в работах по биосинтезу удельной активностью часто требует особого искусства [104,105]; трудности связаны с необходимостью сведения к минимуму потерь при работе с небольшими количествами веществ и с обеспечением минимального разбавления. Для получения сложных меченых метаболитов и их последующего включения часто применяют биосинтетическое включение 14С из простого предшественника. Эта методика, однако, неизбежно приводит к двукратному разведению меченого соединения, и, соответственно, потери должны быть очень велики. Кроме того, всегда существует опасность, что меченные таким образом природные поликетиды будут легко подвергаться биологическому расщеплению с образованием значительных количеств специфически меченного ацетата. Методы обнаружения радиоактивности настолько чувствительны, что такого рода непрямое включение может быть ошибочно принято за непосредственное включение; необходим внутренний контроль, например, путем одновременного определения включения в какое-либо неродственное соединение типа жирной кислоты. По указанным причинам результаты таких исследований не должны содержать никаких неоднозначных данных, только тогда они будут в принципе приемлемы. [45]