Cтраница 3
Натуральный каучук, г е - 1 4-полиизопрен, - это широко используемый биополимер, который получают из различных растений. Его биосинтез начинается с превращения простых саха-ров и включает 17 ферментативных реакций. В ходе последней из них происходит полимеризация изопентенилпирофосфата с образованием аллилпирофосфата. [31]
Датьнеишне биохимические превращения приводят к образованию мевалоновой кислоты, которая в результате ферментативного фосфо-рилирования, декарбоксилирования и дегидратации переходит в изопентенилпирп фосфат, изомеризующийся затем до диметтпаллилпирофстсфата. Последние, взаимодействуя друг с другом, образуют геранилпирофосфат, далее алкилирующий изопентенилпирофосфат до фарнезилпирофосфата; эти Cm - и С соединения являются ключевыми при биосинтезе всех терпенов. [32]
Практически важными соединениями, относящимися к этой группе, являются два родственных метаболита грибов Penicilliitm citrinum и P. Их ценность обусловлена тем, что они очень сильные ингибиторы фермента ГМГ-КоА-редукта-зы, восстанавливающего 3-гидроксиметилглутаровую кислоту до мевалоно-вой. Видно ( см. схему 1), что эта реакция лежит на биосинтетическом пути образования изопентенилпирофосфата, а следовательно, всех терпеноидов, стеринов и стероидов. В животном организме, особенно у млекопитающих, она определяет скорость синтеза холестерина. Поэтому компактны и мевинолин выступают как мощные гипохолестеринэмические агенты ( см. разд. Введение в человеческий организм 50 - 150мг этих веществ вызывает 25 % - ное снижение концентрации холестерина в сыворотке крови. Не известны другие препараты, снижающие уровень этого стерина более эффективно. Компактен используется для лечения атеросклероза и предотвращения образования желчных камней, которые в большинстве своем состоят из холестерина. [33]
Реакция образования фруктозодифосфата представляет собой альдольную конденсацию, а реакция образования геранилпирофосфата - алкилирование. Этерифицированная аллильная структура является сильным электрофильным агентом и легко образует ион карбония, который атакует реакционноспособную двойную связь изопентенилпирофосфата ( фиг. Геранилпирофосфат имеет аллильную структуру и с помощью того же самого механизма может алкилировать другую молекулу изопентенилпирофосфата с образованием фарнезилпирофосфата. [34]
Две молекулы ацетилкофермента А образуют сначала ацетоацетил-кофермент А, который с третьей молекулой ацетилкофермента А дает З - окси-3 - метилглутарилкофермент А. Последний дальше при участии NADPH ( никотинамидадениндинуклеотидфосфата) восстанавливается в мевалоновую кислоту. В заключение протекает фосфорилирование с участием АТР ( аденозин - 5г - трифосфата) и образуется пирофосфат мевалоновой кислоты, из которого далее получается изопентенилпирофосфат. Последний изомеризуется в 3 3-диметилаллилпирофосфат, реакции которого с новыми количествами изопентенилпирофосфата последовательно дают геранилпирофосфат и фарнезилпирофосфат. [35]
Неадекватность вхождения метки объясняется неодинаковой степенью доступности метаболических фондов изомерных Сз-пиро-фосфатов. Деградацией гераниола, синтезированного Pelargonium glaveolens из ИСО2, показано, что большее количество метки переходит в ту часть молекулы, которая образуется непосредственно из изопентенилпирофосфата. Сначала метка приблизительно одинаково распределяется между обеими частями молекулы, но после экспозиции в течение 12 ч содержание метки в части молекулы, образованной из изопентенилпирофосфата, повышается до 78 %, затем уменьшается, и вновь достигается равновесное распределение. Это позволяет предположить, что выделяемый в начале опыта теранилпирофосфат образуется в результате утечки Сз-пирофос-фатов из мест биосинтеза высших терпеноидов, тогда как на образовании последующего вещества сказалось как наличие диметил-аллилпирофосфатного ( ДМАПФ) фонда, так и компартиментали-зация биосинтеза изопреноидов. Если биосинтез терпенов протекает быстро и степень оборачиваемости субстрата высока или велико время метаболизма, то между обоими фондами и радиоактивным маркером устанавливается равновесие. В результате образуются симметрично меченные продукты. При коротком же периоде метаболизма или при более низких скоростях синтеза терпенов не происходит существенного изменения ферментативно связанного фонда, который ответственен за синтез терпенов, и поэтому образуются несимметрично меченные соединения. [36]
Многие олефины встречаются в природе. Большинство из них являются терпенами, входящими в состав эфирных масел высших растений; терпены как и природный каучук состоит из изопрено-вых звеньев ( С5), связанных между собой более или менее сложным образом. Это отражает их общее биогенетическое происхождение. Они образуются из общего природного предшественника - изопентенилпирофосфата ( 22) - встречающегося в природе изо-пренового звена. Детали биосинтеза изопреноидов изложены в гл. [37]
Пренилирование индольного ядра играет ключевую роль и в биосинтезе алкалоидов - производных карбазола. Особенно щедрый продуцент этих веществ - род Мигауа, представители которого произрастают, в основном, на Индийском субконтиненте. Промежуточные стадии биосинтеза бензо - [2,3] индольных алкалоидов не выяснены. Вероятно, он начинается алкилиро-ванием индольного предшественника изопентенилпирофосфатом. [38]
Метаболический путь превращения мевалоновой кислоты в предшественник сквалена - изопентенилпирофосфат - представлен на фиг. Мева-лоновая кислота предварительно фосфорилируется по гидроксилу в положении 5 под действием мевалонаткиназы - фермента, выделенного в чистом виде из нескольких источников. Полученный фосфат превращается затем в 5-пирофосфомевалонат. Последнее соединение, подвергаясь согласованному дегидроксилированию - декарбоксилированию, образует изопентенилпирофосфат. Возможно, что при этой реакции в качестве промежуточного продукта образуется 5-пирофосфат 3-фосфомевалоновой кислоты. [39]
Две молекулы ацетилкофермента А образуют сначала ацетоацетил-кофермент А, который с третьей молекулой ацетилкофермента А дает З - окси-3 - метилглутарилкофермент А. Последний дальше при участии NADPH ( никотинамидадениндинуклеотидфосфата) восстанавливается в мевалоновую кислоту. В заключение протекает фосфорилирование с участием АТР ( аденозин - 5г - трифосфата) и образуется пирофосфат мевалоновой кислоты, из которого далее получается изопентенилпирофосфат. Последний изомеризуется в 3 3-диметилаллилпирофосфат, реакции которого с новыми количествами изопентенилпирофосфата последовательно дают геранилпирофосфат и фарнезилпирофосфат. [40]
Бесклеточные экстракты дрожжей и печени способны синтезировать сквален из мсвалоновой кислоты. Этот процесс требует присутствия кофакторов, АТР, ионов Mg2 и NADPH. Именно это пятиуглерод-ное соединение и играет роль активного изопрена. Так к 1960 г. были установлены основные этапы биосинтеза холестерина: от ацетата к мевалонату, затем к изопентенилпирофосфату и далее к фарнезилпирофосфату, сквалену и ланостерину. [41]
Строение углеродных скелетов лежит в основе классификации и систематизации в химии природных соединений. Однако большой строгостью эта классификация не отличается, так как принципы, положенные в ее основу, неоднородны. Некоторые природные вещества объединяют в один класс по химическому признаку, например: алифатические углеводороды, производные нафталина. В других случаях в основу классификации положены биогенетические закономерности. Так, под названием изопреноиды понимают вещества, углеродные остовы которых образовались конденсацией нескольких молекул изопентенилпирофосфата, имеющего скелет изопрена. Название алкалоиды дано природным продуктам, содержащим азот и выделяемым из растений. А подобные им по структуре метаболиты плесневых грибов именуются антибиотиками. [42]