Cтраница 3
Биогенетическим предшественником каротиноидов выступает дитерпено-вый спирт геранилгераниол 1.13. При конденсации двух молекул его пиро-фосфата по типу хвост к хвосту образуется углеводород фитоен 1.16. Механизм этой биосинтетической реакции совершенно аналогичен конденсации двух молекул фарнезилпирофосфата при биогенезе сквалена 2.749 ( разд. В случае тритерпена стабилизация карбо-катиона достигается путем добавления гидрид-иона, а при образовании фитоина элиминируется протон. В результате этого в середине молекулы возникает сопряженная триеновая система. Путем ступенчатого дегидрирования углеводород 1.16 превращается в ациклический ярко окрашенный каротиноид ликопин 1.17, содержащий цепь из одиннадцати сопряженных олефиновых связей. Большое количество ликопина содержится в томатах. [31]
Именно на уровне этого соединения происходит расхождение путей биосинтеза каротиноидов и стеринов. В случае образования сте-ролов фарнезилпирофосфат димеризуется по типу хвост к хвосту с образованием сквалена С15 С15 - - С3о ( см. схему далее), с освобождением 2 - х молекул пирофосфата. [32]
Биосинтез бициклической системы декалина в ряду изопреноидов С15 осуществляется несколькими способами. Предшественниками декалинового остова могут выступать производные гермакрана, фарнезилпирофосфат, фарнезен, элеменен. [33]
Пренилированные ароматические вещества образуются путем атаки пре-нилфосфатов на орто - или п ара - положение фенолов. Наиболее часто в качестве алкилантов выступают изопентенил - и фарнезилпирофосфаты. По этому пути, например, синтезируется метаболит морской фауны изопентенил-гидрохинон 3.43. Он интересен тем, что является одним из сильнейших антимутагенов и эффективно защищает животных от мутагенного действия ультрафиолетового излучения, афлатоксина ( см. далее разд. Очень интересны с точки зрения биологической активности фарне-зильные и геранилгеранильные производные фенолов. Их боковые цепи С15 и Сэд способны подвергаться вторичным модификациям, характерным для сесквитерпенового и дитерпенового рядов: окислению, замыканию в гетероциклические и карбоциклические структуры. Многие из таких модифицированных производных показывают высокий уровень биологической активности. Они синтезируются водорослями, грибами и растениями. Например, Пренилированные толугидрохиноны 3.44 и 3.45 найдены среди метаболитов саргассовых водорослей. Карбоциклические соединения, подобные второму из них, будут подробнее рассмотрены далее в гл. [34]
В отсутствие ТФПН синтез приостанавливается на стадии фарнезилпирофосфата. Геранилпирофосфат является исходвым веществом для получения монотерпеноидов, а фарнезилпирофосфат - для синтеза сесквитерпеноидов. [35]
Предшественники биосинтеза каротиноидов и стероидов идентичны. По-видимому, для ( возникновения первых две молекулы ге-ранилгераниола, образовавшиеся из фарнезилпирофосфата ( V) и З - метил-3 - бутенилпирофосфата ( II), связываются голова к голове, на последующей стадии идет не восстановление, а элиминирование, возникает двойная связь. В результате этого процесса получается углеводород фитоин, который, дегидрируясь и циклизуясь, дает начало каротиноидам. [36]
Полиизопреноидный характер терпенов и стеринов, впервые отмеченный Ружичкой в 1922 г., показан на примере различных грибных изопреноидов. Простой сесквитерпен ипомеамарон ( 9) образуется из общего предшественника всех триизопреноидов - фарнезилпирофосфата, а дитерпен маноилоксид ( 10), вероятно, синтезируется из соответствующего промежуточного тетраизопре-ноида геранилгеранилпирофосфата, претерпевающего ряд реакций циклизации, не осложненных столь обычными в случае других терпенов перегруппировками. Эхинулин и агроклавин ( 12) служат примером соединений смешанного биосинтетического происхождения; относительно сложная структура эхинулина ( 11) легко поддается структурному анализу, показавшему, что он образуется из триптофана, аланина и трех изопреновых звеньев. [37]
Сквален представляет собой углеводород с открытой цепью, состоящий из шести изопреноидных остатков. В растениях и во многих микроорганизмах существует ответвление от метаболического потока на стадии образования фарнезилпирофосфата. [38]
При переходе к тритерпеноидам этот монотонный порядок нарушается. Механизм этой реакции сложен. Точно по такому же механизму из двух молекул фарнезилпирофосфата 2.122 образуется циклопропановый интермедиат - пирофосфат прескваленового спирта 2.75 ft Прескваленовый спирт изредка встречается как природное вещество, но в основном его судьба определяется ферментативными процессами, начинающимися отщеплением пирофосфатной группы. Далее аналогично превращению 2.68 - 2.73 ( см, схему 15) из интермедиата 2.750 образуется сквален. [39]
Возможно, что эти энантиомеры различаются и по биогенетическому происхождению. Этот путь особенно продуктивно функционирует у микроскопических плесневых грибов рода Fusarium и начинается циклизацией С7 - СИ в боковой цепи бисаболена. Строго говоря, первым стабильным продуктом на пути от фарнезилпирофосфата в этом случае зафиксирован углеводород триходиен 2.430. Биосинтез его протекает через нерол идилпирофосфат и элементарные стадии, показанные на схеме 36, т.е. бисаболен, как интер-медиат, здесь не образуется вовсе. [40]
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. [41]
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. [42]
Соединения с циклогексановым углеродным скелетом 2.145 относятся к типу бисаболана. Аналогично при участии двойной связи б возникают карбокатионы 2.146 и 2.147, дающие начало десятичленным циклическим гермакранам и одиннадцатизвенным гуму-ланам. Для нескольких случаев биосинтеза конкретных сесквитерпеноидных метаболитов установлено, что непосредственным предшественником упомянутых катионов выступает неролидилпирофосфат. Кроме этого существуют минорные пути циклизации фарнезилпирофосфата, которые на схеме 21 не приводятся. [43]
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. [44]
При озонолизе сквалена, полученного биосинтетически из [ 5 - 2Н2 ] мевалоната, образуется тридейтероянтарная кислота с ( S) - конфигурацией. Это позволило предсказать, что тритий, включенный в сквален из [ 3Н ] NADP может в конце концов появиться в С-11 сс - и С-12 ( 3-по-ложениях стероидных ядер. При использовании 1 ( R) - [ 1 5 9 - 2Н3 ] фар-незилпирофосфата, полученного из [ 5 ( /) - 5 - 2Н ] мевалоната, было показано, что не происходит потери этой метки при биосинтезе сквалена и что каждый из центральных углеродных атомов сохраняет свою метку. Таким образом, при образовании сквалена теряется 1 - pro - ( S) - водородный атом фарнезилпирофосфата. Кроме того, дидейтероянтарная кислота, полученная озонолизом сквалена, была оптически неактивным мезо - ( % 5) - изомером. Таким образом, соединение двух молекул фарнезилпирофосфата ( 34) приводит к сквалену ( 6) с сохранением конфигурации при С-1 в одной молекуле и с обращением конфигурации при С-1 в другой. [45]