Биохимия - Химические реакции в живой клетке Том 2 - Д. Мецлер 1980
Биосинтез; как образуются новые молекулы
Полипренильные (изопреноидные) соединения
Терпены
Растения, животные и бактерии содержат потрясающе много соединений, образованных из изопентенилпирофосфата. Отдельные из них приведены на рис. 12-12 и 12-13. Соединения, приведенные на рис. 12-12, содержащие 10 атомов углерода, относятся к группе монотерпенов. Они встречаются в основном у растений, но некоторые являются феромонами членистоногих. Пути биосинтеза терпенов в растительных тканях в целом изучены значительно меньше, чем основные метаболические пути у животных; не проводилось, в частности, выделения и очистки ферментов биосинтеза. Показано, однако, что «скармливание» растениям меченного радиоактивностью ацетата приводит к специфическому распределению метки в терпенах. Это относится к большинству упоминаемых терпенов; распределение метки в них соответствовало теоретически ожидаемому. В любом растении содержится обычно большое количество различных терпенов, которые концентрируются в специальных «масляных железах» или пропитанных смолой проводящих тканях. Внутри клеток терпены присутствуют в меньшем количестве, причем обычно в виде гликозидов терпеновых спиртов. Содержание некоторых терпенов поистине огромно. Так, в скипидаре концентрация а-пинена достигает 64%, можжевеловое масло на 65% состоит из а-терпинеола [80].
РИС. 12-12. Вероятные пути биосинтеза ряда монотерпенов и родственных соединений. На рисунке указаны некоторые природные источники приведенных соединений.
Большинство соединений, изображенных на рис. 12-13, являются производными С15-фарнезилпирофосфата. Абсцизовая кислота относится к одному из пяти известных типов гормонов, широко распространенных у высших растений (гл. 16, разд. А,3). Гиббереллины составляют другой тип гормонов растений, первый представитель которого был выделен из растений, пораженных грибком Fusarium. При этом растения риса, из которых выделяли гиббереллины, отличались ненормально длинным и слабым стеблем. В дальнейшем было показано, что гиббереллины, к которым относятся многочисленные соединения класса высокомодифициров энных С20- и С19-терпенов, функционируют в качестве гормонов у всех высших растений.
РИС. 12-13. Терпены и родственные соединения.
Биосинтез гиббереллинов очень сложен [78, 81]. Уравнение (12-26) показывает в сокращенной форме процесс синтеза гиббереллина A1. Этап а в уравнении (12-26) представляет собой, по-видимому, одиночную ферментативную реакцию изомеризации, (приводящую к замыканию кольца. Помимо переноса электронов, необходимого для замыкания двух колец, при этом происходит отщепление протона от метальной группы и присоединение протона к концу двойной связи в левой части первой структурной формулы.
Этапы б и в в уравнении (12-26) представляют собой сложные многоступенчатые реакции. Обратите внимание, что на этапе б происходит элиминирование пирофосфата и миграция метальной группы, которая в каурене становится метиленовой. Этап в в уравнении (12-26) еще более сложен: он включает многочисленные стадии гидроксилирования и окисления, а также сокращение кольца; в результате этого этапа происходит превращение одной метиленовой группы (после окисления) в карбоксильную группу конечного продукта реакции.
Ювенильный гормон насекомых (рис. 12-13) также относится к соединениям полипренильной природы. Следует отметить, однако, что две его метальные группы замещены этильными (или превратились в них). Выделение и идентификация структуры ювенильного гормона представляли собой очень сложную задачу. Когда она была выполнена, то к крайнему изумлению исследователей оказалось, что целый набор синтетических соединений, имеющих нередко весьма слабое структурное сходство, обладает активностью ювенильного гормона, т. е. способен предотвращать выведение насекомого из яйца или задерживать развитие насекомых на стадии личинки. Более того, ряд растительных продуктов, например ювебион (рис 12-13), впервые выделенный из бумаги, вызывает такой же физиологический эффект. Отсюда следует, что в природе продукты обмена веществ растений оказывают глубокое воздействие на цикл развития насекомых, питающихся растениями Представляется перспективной возможность использования ювенильного гормона или синтетических соединений с аналогичной активностью в качестве инсектицидов.