Биосинтез фенольных соединений.

Биосинтез у различных групп фенольных соединений протекает по одной и той же принципиальной схеме, из общих предшественников и через сходные промежуточные продукты. Все фенольные соединения в растениях образуются из углеводов (ацетатно-малонатный путь) и продуктов их превращения и в процессе биосинтеза проходят шикиматный путь. Биосинтезу многих фенольных соединений предшествует образование аминокислот – L-фенилаланина и L- тирозина. Фенольные соединения образуются двумя путями.

Ацетатно-малонатный путь (схема 1.5.1) установлен американскими учеными Берчем и Донованом в 1955 году. Предшественником является уксусная кислота, которая образуется из сахаров. В результате ступенчатой конденсации остатков уксусной кислоты образуются поликетометиленовые кислоты. Присоединение происходит по типу «голова» - «хвост» при обязательном участии фермента Коэнзима А с промежуточным образованием ацетил-Коэнзима А, а затем малонил-Коэнзима и поэому называют ацетатно-малонатный путь). Циклизация поликетонов идет под действием фермента синтетазы.

Если наращивать цепочку до 16-ти углеродных атомов (8 остатков уксусной кислоты) образуется ядро антрацена.

По ацетатно-малонатному пути идет биосинтез простых фенолов и производных антрацена в грибах и лишайниках; антрахинонов группы хризацина колец А и С антрахинонов группы ализарина в высших растениях; кольца В молекуле флавоноидов, госсипола, содержащегося в коре корней хлопчатника.

Шикиматный путь (схема 1.5.2). Подавляющее большинство растительных фенольных соединений связано биогенетическим родством. В обширную группу вторичных веществ фенольной природы входит более десяти классов различных по строению основного углеродного скелета природных соединений. В свою очередь, каждый из этих классов объединяет сотни или даже тысячи индивидуальных веществ с существенными отличиями в характере заместителей и их расположению в молекуле (гидроксидные группы, остатки сахаров, органические кислоты и другие заместители). Они составляют одно большое семейство веществ единого «метаболического» происхождения. Обусловлено это тем, что основной структурный элемент всех фенольных соединений – бензольное кольцо – образуется в растениях, как правило, по так называемому шикиматному пути. Синтезированный таким образом фрагмент ароматической структуры является той базовой единицей, из которой путем разных дополнительных превращений образуются почти все фенольные соединения растений. Лишь у ограниченного числа растительных фенолов ароматические кольца синтезируются по другому механизму – путем поликетидной конденсации ацетатных единиц.

Исходными компонентами в формировании ароматического ядра по шикиматному пути (схема 1.5.2) являются фосфоенолпируват, образующийся при гликолитическом распаде глюкозы, и эритрозо-4-фосфат – промежуточный продукт окисления глюкозы по пентозо-фосфатному пути. При их конденсации образуется семиуглеродное соединение – кислота 7-фосфо-3-дезокси-D-арабиногептулозоновая, которое затем подвергается циклизации, превращаясь в кислоту 3-дегидрохинную. На следующей стадии кислота 3-дегидрохинная теряет воду и превращается в кислоту 3-дегидрошикимовую и далее под влиянием фермента оксидоредуктазы – в кислоту шикимовую – одно из важнейших промежуточных соединений пути, за что тот и получил свое название.

Кислота шикимовая по структуре близка ароматическим соединениям, однако ее шестичленное углеродное кольцо содержит только одну двойную связь. Дальнейшие преобразования этого кольца начинаются с фосфорилирования кислоты шикимовой по 3-му углеродному атому, а затем к фосфорилированной кислоте присоединяется молекула фосфоенолпирувата – получается 5-енолпирувилшимикат-3-фосфат.

Последнее соединение претерпевает далее дефосфорилирование и дегидратацию, что приводит к образованию кислоты хоризмовой – другого важного промежуточного соединения, которое в своем кольце имеет уже две двойные связи.

На этой стадии происходит разветвление шикиматного пути. По одному направлению из кислоты хоризмовой образуется L-триптофан (и далее индольные производные), по другому – L-фенилаланин и L-тирозин. Именно с последним ответвлением сопряжены дальнейшие превращения, которые в конечном счете приводят к образованию в растительных клетках фенольных соединений.

Начинается этот процесс с превращением кислоты хоризмовой в кислоту префеновую. Последняя подвергается либо дегидратации, сопровождающейся декарбоксилированием, либо окислительному декарбоксилированию. В первом случае из кислоты префеновой образуется фенилпировиноградная, в другом – кислота n-гидроксифенилпировиноградная. Далее следует аминирование этих кетокислот с образованием соответственно L-фенилаланина и L-тирозина [18].

Однако указанные трансформации могут совершиться и в другой последовательности. Аминирование может иметь место уже на стадии кислоты префеновой с преобразованием ее сначала в кислоту L-арогеновую. Лишь затем молекула подвергается дегидратации с декарбоксилированием или окислительному декарбоксилированию, в результате которых образуется L-фенилаланин и L-тирозин.

Формированием этих двух ароматических аминокислот построение бензольного кольца завершается. Заканчивается и весь шикиматный путь, который как источник указанных аминокислот фактически представляет собой одну из составных частей первичного метаболизма клетки. Специфические вторичные превращения, ведущие к биосинтезу фенольных соединений, начинаются только после этой стадии метаболизма, причем они берут начало от одного единственного продукта шикиматного пути – L-фенилаланина. [17]