Биология - Шикиматный путь - Дальнейшие превращения дегидрохинната

08 февраля 2011


Оглавление:
1. Шикиматный путь
2. Распространённость и локализация
3. Начальные этапы шикиматного пути
4. Дальнейшие превращения дегидрохинната
5. Связь с поликетидным путём
6. Гены и ферменты
7. Регуляция
8. Эволюция
9. Практическое значение



Дегидрохиннат может обратимо восстанавливаться NAD-, NADP- и PQQ-зависимыми дегидрогеназами в хиннат, роль в биосинтезе ароматических соединений которого является предметом научных дискуссий. Однако строго доказано, что на пути к предшественникам важнейших ароматических соединений необходимым этапом является обратимая дегидратация дегидрохинната в дегидрошикимат). У ряда организмов дегидрошикимат окисляется NADP-зависимой дегидрогеназой в 3,5-дидегидрошикимат или под влиянием 3-дегидрошикимат-дегидратазы может обратимо дегидратироваться в ароматическое соединение протокатехат. Но на пути к наиболее важным ароматическим соединениям дегидрошикимат должен претерпеть ряд других химических изменений. Дегидрошикимат обратимо восстанавливается NAD-, NADP- и PQQ-зависимыми дегидрогеназами в шикимат, далее следует необратимая киназная реакция). Образовавшийся шикимат-3-фосфат взаимодействует с фосфоенолпируватом и образуется 5-карбоксивинил-шикимат-3-фосфат). Две последние реакции рассматривается как подготовительные для последующих реакций элиминирования, необходимых для завершения π-электронного секстета бензольного кольца. Необратимая реакция элиминирования фосфат-аниона даёт хоризмат, кофактором которой является FMN). От хоризмата расходятся по крайней мере семь путей, ведущих к ароматическим соединениям и родственным им хинонам.

Шикиматный путь. Дальнейшие превращения дегидрохинната

Пути, расходящиеся от хоризмата

В живой природе выявлено не менее семи различных путей, расходящихся от хоризмата и приводящих к ароматическим соединениям, а также родственным им хинонам:

  • через префенат к фенилаланину, тирозину, фенилпропаноидам и другим соединениям.
  • через антранилат к индолу, триптофану и другим соединениям.
  • через 2-амино-4-дезоксихоризмат к пигментам и антибиотикам феназинового ряда.
  • через 4-амино-4-дезоксихоризмат к парааминобензоату, фолату и другим соединениям.
  • через парагидроксибензоат к убихинону и другим соединениям.
  • через изохоризмат к структурным производным нафталина, салицилату и другим соединениям.
  • через футалозин к структурным производным нафталина и, вероятно, к другим соединениям.

Путь через префенат

Обратимая изомеризация хоризмата в префенат происходит по типу сигматропной перегруппировки, напоминающей перегруппировку Кляйзена. Эта реакция в кислой среде способна происходить спонтанно. Энзим хоризматмутаза в тех же условиях ускоряет реакцию в 2•10 раз. Обратимая реакция дегидратации-декарбоксилирования приводит к фенилпирувату. Эта реакция в прямом направлении способна проходить спонтанно, для её ускорения существуют энзимы: специфическая префенатдегидратаза и неспецифическая карбоксициклогексадиенилдегидратаза. Обратимое переаминирование фенилпирувата приводит к протеиногенной аминокислоте фенилаланину.

Обратимое окисление-декарбоксилирование префената приводит к 4-гидроксифенилпирувату, обратимое переаминирование которого приводит к протеиногенной аминокислоте тирозину.

Известен также путь к фенилаланину и тирозину через арогенат. Арогенат получается в результате переаминирования префената. Дегидратация-декарбоксилирование арогената приводит к фенилаланину, а окисление-декарбоксилирование арогената приводит к тирозину. У многих организмов, в том числе у животных и человека, есть энзим тетрагидробиоптерин-зависимая фенилаланин-4-монооксигеназа, осуществляющий однонаправленное гидроксилирование фенилаланина в тирозин.

Пути образования протеиногенных аминокислот фенилаланина и тирозина из префената

Фенилпируват, 4-гидроксифенилпируват, фенилаланин, тирозин и продукты их обмена дают начало огромному множеству различных ароматических соединений, коэнзимы PQQ и F420, лигнины, меланины). 4-Гидроксифенилпируват окисляется в гомогентизат, являющийся предшественником токоферолов, пластохинона.

Путь через антранилат

Антранилат синтезируется из хоризмата энзимом антранилатсинтазой. Донором аминогруппы выступает амидный азот глутамина либо аммоний. Антранилатсинтаза требует присутствия ионов Mg и обычно находится в комплексе с индол-3-глицеролфосфат-синтазой. Антранилат является предшественником протеиногенной аминокислоты триптофана, индола, индольных, хинолиновых, хиназолиновых, акридоновых алкалоидов, бензоксазиноидов и др.

Путь биосинтеза протеиногенной аминокислоты триптофана

Путь через 2-амино-4-дезоксихоризмат

Энзим 2-амино-4-дезоксихоризмат-синтаза производит из хоризмата 2-амино-4-дезоксихоризмат, открывая путь к структурным производным феназина. Донором аминогруппы выступает амидный азот глутамина. Далее происходит ферментативный гидролиз эфирной связи 2-амино-4-дезоксихоризмата, что даёт-6-амино-5-гидроксициклогекса-1,3-диен-1-карбоксилат, который далее под влиянием транс-2,3-дигидро-3-гидрокси-антранилат-изомеразы изомеризуется в-6-амино-5-кетоциклогекса-2-ен-1-карбоксилат. Последнее соединение подвергается окислительной димеризации в-1,2,5,5a,6,7-гексагидрофеназин-1,6-дикарбоксилат. Спонтанная реакция декарбоксилирования приводит к-1,2,10,10a-тетрагидрофеназин-1-карбоксилату. Результатом дальнейших метаболических превращений этого соединения у бактерий является образование пигментов и антибиотиков феназинового ряда, в том числе жёлтого феназин-карбоксилата, 2-гидроксифеназина и синего нефлуоресцирующего пигмента с антибиотической активностью пиоцианина.

Путь биосинтеза феназинового ядра

Известен FMN-содержащий энзим, который окисляет 2-амино-4-дезоксихоризмат в 3--антранилат, включающийся в структуру некоторых ендииновых антибиотиков в процессе их биосинтеза. Один из таких антибиотиков — C-1027. Прекурсоры ендииновых антибиотиков могут образовываться также и через антранилат.

Путь через 4-амино-4-дезоксихоризмат

Изомерный антранилату парааминобензоат синтезируется из хоризмата через 4-амино-4-дезоксихоризмат энзимом парааминобензоат-синтазой, требующим присутствия ионов Mg. Донором аминогруппы выступает амидный азот глутамина. Парааминобензоат является предшественником коферментов ряда фолата.

Биосинтез парааминобензоата

У некоторых микроорганизмов выявлен энзим, катализирующий сходную с хоризматмутазной перегруппировку 4-амино-4-дезоксихоризмата в 4-амино-4-дезоксипрефенат.

Путь через парагидроксибензоат

Хоризмат-пируват-лиаза катализирует обратимую реакцию элиминирования пирувата из хоризмата, что приводит к парагидроксибензоату. Это не единственный способ биосинтеза парагидроксибензоата, который может также образовываться из фенилаланина и тирозина через паракумарат. Парагидроксибензоат является предшественником убихинона, растительных гликозидов, шиконина и прочих соединений.

Путь через изохоризмат

Хоризмат-гидроксимутаза осуществляет обратимую изомеризацию хоризмата в изохоризмат. Изохоризмат является предшественником салицилата, 2,3-дигидроксибензоата, сукцинилбензоата, множества прочих соединений. У микроорганизмов известен энзим, катализирующий перегруппировку изохоризмата в изопрефенат.

Путь через футалозин

У некоторых прокариот обнаружен также другой путь от хоризмата к менахинонам. В начале этого пути в ходе ферментативной реакции из хоризмата образуется футалозин.

Неароматические продукты шикиматного пути

Шикиматный путь является специализированным путём биосинтеза ароматических соединений, но может быть рассмотрен как источник ряда неароматических. В основном это соединения, образующиеся из ароматических продуктов шикиматного пути в результате утраты ими ароматичности. Примером может служить диен-изоцианидный антибиотик, предшественником которого является тирозин:

Схема пути биосинтеза диен-изоцианида из тирозина


Просмотров: 13448


<<< Цикл мочевины
Метаболические заболевания >>>