Пластидный путь биосинтеза

В пластидах биосинтез ИППФ осуществляется по так называемому немевалонатному (или 1 -дезокси-?)-ксилулозо- 5-фосфатному) пути. Предшественниками являются пиру- ват и D-глицсральдегид-З-фосфат. Пируват дскарбоксилиру- ется при участии тиаминпирофосфата (ТРР) и конденсируется с D-глицеральдегид-З-фосфатом с последующим образованием 1-дезокси-Д-ксилулозо-5-фосфата (DOXP). В результате перегруппировки и последующих реакций восстановления, дегидратации и фосфорилирования из DOXP образуется ИППФ (рис. 3).

У высших растений немевалонатный путь сохранился только в хлоропластах, где показано прямое образование изопреноидов из фотосинтетически усвоенного ЫС02 [см.: 9, с. 271]. В то же время фитостерины в высших растениях образуются в цитоплазме по классическому мевалонатному пути, при этом их образование практически полностью подавляется ингибитором гидроксиметилглу- тарил-СоА-редуктазы — мевинолином [см.: 10, с. 50].

Следует учитывать, что альтернативный немевалонатный путь образования ИППФ требует значительно меньших энергетических затрат (в виде АТР), чем мевалонатный путь.

Цитоплазматический мевалонатный и хлоропластный немевалонатный пути различаются на ранних стадиях, а затем, начиная с образования С5-единицы (ИППФ), различия в стадиях биосинтеза изопреноидов отсутствуют.

Биосинтез изопенгенилпирофосфата в пластидах (немевалонат- ный, или 1-дезокси-?>-ксилулозо-5-фосфатный путь) [см

Рис. 3. Биосинтез изопенгенилпирофосфата в пластидах (немевалонат- ный, или 1-дезокси-?>-ксилулозо-5-фосфатный путь) [см.: 2, с. 334]:

I — пируват; II — D-гл и церал ьдеги д-3 -ф о с фат;

III — 1-дезокси-?>-ксилулозо-5-фосфат; IV — изопентенилпирофосфат

На рис. 4 представлена общая схема синтеза изопреноидов. Под действием фермента изопентенилдифосфат-Д-изомеразы (КФ 5.3.3.2), сдвигающего двойную связь, ИППФ превращается в диметилаллилпирофосфат (ДМАПФ). Далее ИППФ присоединяется к ДМАПФ по двойной связи и образуется СК|-соединение — геранилпирофосфат. Он служит источником всех монотерпенов. Затем к геранилпирофосфату присоединяется еще один ИППФ и образуется С15-соединение фарнезилпирофосфат — исходное вещество для синтеза сесквитерпенов.

Образование молекул изопреноидов различной длины за счет последовательного присоединения изопренильных фрагментов [см

Рис. 4. Образование молекул изопреноидов различной длины за счет последовательного присоединения изопренильных фрагментов [см.: 2, с. 335]:

I — изопентенилпирофосфат (С,); II — диметилаллилпирофосфат (С,);

III — геранилпирофосфат (С10); IV — фарнезилпирофосфат (С|5);

V — геранилгеранилпирофосфат (С,0)

Далее фарнезилпирофосфат может либо присоединить еще одну молекулу ИППФ с образованием геранилгеранилпирофосфата (С20-соединение — источник дигерпенов), либо димеризоваться с образованием сквалена (Сад-соединение — исходное соединение для всех тритерпенов). Наконец, геранилгеранилпирофосфат может димеризоваться с образованием фи гоина — С^-соединения, источника тетратерпенов. Кроме того, к геранилгеранилпирофос- фату может последовательно присоединиться большое количество ИППФ, формируя в конечном итоге полиизопреноиды — каучук и гутту. В результате описанных реакций образуется полный гомологический ряд С5-соединений разной длины.

Далее эти алифатические молекулы могут «свернуться» в циклические структуры, причем количество циклов, их размер и типы сочленения могут быть самыми разными. Синтез базовых изопреноидных структур осуществляют два типа ферментов — пренилтрансферазы, которые «наращивают» длину изопренои- дов, и циклазы, которые формируют циклический скелет молекулы. При этом каждый тип структуры формирует специфическая циклаза. Так как типов циклических структур изопреноидов довольно много, то и количество циклаз должно быть внушительным. К настоящему времени их известно более ста. После формирования базовой структуры (или одновременно с этим) происходит ее модификация и «оснащение» функциональными группами.

Таким образом, синтез изопреноидов происходит в двух ком- партментах — в пластидах и в цитозоле. При этом существуют два независимых пути синтеза изопреноидов — мевалонатный, который происходит в цитоплазме, и альтернативный — в пластидах. По первому пути (в цитозоле) синтезируются моно-, ссскви- и три- терпены, тогда как ди- и тетратерпены — по второму (в пластидах).

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >