Шикиматный путь
Cтраница 1
Шикиматный путь экспериментально доказан для образования в растениях Се - Сз ( фенилпропановых) соединений и их производных. Фенилэтиловый спирт близок по строению углеродного скелета к фенилпропану, однако содержит в боковой цепи не три, а два углеродных атома. Можно было предположить, что биосинтез этого соединения происходит при укорачивании боковой цепи С6 - Сз-соединений на один углеродный атом. [1]
Регулирование шикиматного пути на ферментативном уровне изучалось в различных организмах; оно заключается как в управлении синтезом ферментов, так и в изменении уровня их активности. Были открыты различные регуляторные механизмы шикиматного пути. Контроль за синтезом и регулированием активности ДАГФ-синтетазы ( первого фермента этого пути; см. схему 1) является ключевым фактором в общем контроле метаболизма всех трех ароматических а-аминокислот. В различных микроорганизмах этот фермент существует в трех формах ( изоферменты), каждая из которых чувствительна к регуляции по типу обратной связи одним из конечных продуктов: L-фенилаланином, L-тирозином или L-триптофаном. Регуляция индивидуальных ферментов, катализирующих первые стадии биосинтеза определенных аминокислот, также осуществляется конечными продуктами реакции по типу обратной связи. В биосинтезе L-фенилаланина и L-тирозина инги-бирующее действие конечного продукта более отчетливо проявляется в отношении ферментов, участвующих в метаболизме префе-ната ( см. схему 12); обратный эффект ( стимуляция) наблюдается для хоризматмутазы, с которой эти ферменты часто образуют комплексы. Аналогично, антранилатсинтетаза, первый фермент установленного пути биосинтеза L-триптофана ( см. схему 15), ин-гибируется по типу обратной связи конечным продуктом - L-триптофаном. [2]
Основное направление шикиматного пути завершается в этой точке; от хоризмата ( 9) расходятся по меньшей мере пять биосинтетических путей к основным метаболитам: трем а-аминокислотам ( L-фенилаланину, L-ти-розину, L-триптофану), п-аминобензойной кислоте ( 14), кофер-ментам ряда фолиевой кислоты и изопреноидным хинонам. Важные биохимические и химические особенности каждой стадии общего пути биосинтеза хоризмата из углеводных предшественников были выяснены в результате комплексного исследования, включавшего применение метода меченых атомов, изучение метаболизма ауксотрофных мутантов и подбор соответствующих ферментов. [3]
Помимо трех ароматических а-аминокислот шикиматный путь дает возможность синтезировать другие биологически активные метаболиты, например изопреноидные хиноны, которые участвуют в транспорте электронов во многих организмах. Главная функция этих жирорастворимых хинонов, которые, по-видимому, определенным образом ориентированы в мультиферментных комплексах, участвующих в процессах дыхания у некоторых организмов, состоит, вероятно, в переносе электронов между различными дыхательными коферментами. Например, убихиноны, скорее всего, являются посредниками между флавопротеинами и цитохромами в дыхательной цепи ( см. разд. [4]
 |
Спектр поглощения света иодииина ( 6 50 в хлороформе. [5] |
Биосинтез феназинов представляет собой еще одну ветвь главного шикиматного пути биосинтеза ароматических соединений ( гл. Предполагаемый путь образования фенази-нового ядра показан на рис. 6.9. Шикимовая кислота (6.3) весьма эффективно включается в феназины. [6]
Роль хинной кислоты ( 4) в шикиматном пути обсуждается до сих пор, но все имеющиеся данные приводят к мнению, что она не является обычным промежуточным соединением, хотя некоторые микроорганизмы ( например, Aerobacter aerogenes) могут использовать хинную кислоту в виде 3-дегидрохинната ( 5) в качестве источника углерода в биосинтезе. [7]
Изложенные данные позволяют заключить, что ( 3-фенилэтило-вый спирт в розе образуется по шикиматному пути биосинтеза при укорачивании боковой цепи фенилпропановой единицы на один углеродный атом. Это следует из опытов с фенилаланином-1 - С14, который совершенно не использовался для биосинтеза р-фенилэти-лового спирта. [8]
Так, в молекулах флавоноидов ( см. ниже) одно бензольное кольцо синтезируется по шикиматному пути, а другое по поликетидному, что обусловливает разный характер распределения фенольных гидроксилов для этих колец и влияет на реакционную способность. [9]
В растениях содержится большое число соединений, которые образуются из ароматических аминокислот или промежуточных продуктов шикиматного пути биосинтеза. Среди этих метаболитов преобладают алкалоиды ( см. гл. Ниже обсуждаются некоторые основные биогенетические особенности растительных фенолов и других растительных метаболитов шикимовой кислоты. [10]
Обнаружение у бактерий нескольких каротиноидов, содержащих арильные концевые группы, представляет большой интерес, поскольку это свидетельствует в пользу существования еще одного, ранее неизвестного, пути биосинтеза ароматического кольца из мевалоната, а не по шикиматному пути или из ацетата с помощью поликетидного механизма ( гл. [11]
Однако строгого доказательства этой гипотезы не существовало вплоть до 1950 г., когда сначала Девис [2], а позднее Спринсон [3] и Гибсон [4] и их сотрудники установили путь метаболизма ароматических аминокислот в растениях и микроорганизмах, который теперь известен как шикиматный путь. Природная ( -) - шикимовая кислота ( 7) впервые выделена в 1885 г. Эйкманом из семян плода аниса Illicium religiosum Sieb. Шикимат-ным путем растения и микроорганизмы синтезируют три ароматических аминокислоты: L-фенилаланин ( 10), L-тирозин ( 11) и L-триптофан ( 12); этим же путем растения синтезируют основные ароматические метаболиты. В отличие от растений и микроорганизмов животные не могут использовать этот биохимический путь для синтеза de novo этих аминокислот из углеводных предшественников. [12]
Уже давно было показано, что кольцо А флавоноидной молекулы происходит из ацетатных фрагментов, в то время как кольцо В и связывающие оба бензольных кольца три углеродных атома составляют фенилпропаноидный остаток, происходящий из шикимата. Подробно шикиматный путь, приводящий к образованию фенилаланина, был рассмотрен в гл. [13]
Регулирование шикиматного пути на ферментативном уровне изучалось в различных организмах; оно заключается как в управлении синтезом ферментов, так и в изменении уровня их активности. Были открыты различные регуляторные механизмы шикиматного пути. Контроль за синтезом и регулированием активности ДАГФ-синтетазы ( первого фермента этого пути; см. схему 1) является ключевым фактором в общем контроле метаболизма всех трех ароматических а-аминокислот. В различных микроорганизмах этот фермент существует в трех формах ( изоферменты), каждая из которых чувствительна к регуляции по типу обратной связи одним из конечных продуктов: L-фенилаланином, L-тирозином или L-триптофаном. Регуляция индивидуальных ферментов, катализирующих первые стадии биосинтеза определенных аминокислот, также осуществляется конечными продуктами реакции по типу обратной связи. В биосинтезе L-фенилаланина и L-тирозина инги-бирующее действие конечного продукта более отчетливо проявляется в отношении ферментов, участвующих в метаболизме префе-ната ( см. схему 12); обратный эффект ( стимуляция) наблюдается для хоризматмутазы, с которой эти ферменты часто образуют комплексы. Аналогично, антранилатсинтетаза, первый фермент установленного пути биосинтеза L-триптофана ( см. схему 15), ин-гибируется по типу обратной связи конечным продуктом - L-триптофаном. [14]
Хиноны представляют собой окисленные ароматические соединения, и потому не удивительно, что они могут синтезироваться посредством главных путей, с помощью которых обычно образуются ароматические соединения. Этими путями являются поликетидный путь из ацетата и малоната и шикиматный путь биосинтеза. В случае некоторых нафтохинонов и антрахинонов синтез идет по третьему главному пути - изопреноидному. К сожалению, наши знания биосинтеза хинонов еще слишком фрагментарны для того, чтобы сделать даже самые общие выводы о регулирующих этот процесс факторах. [15]
Страницы: 1 2