|
|
|
Главная --> Справочник терминов Биосинтеза ароматических Среди всех классов природных соединений класс алкалоидов — один из наиболее многочисленных, а по структурному разнообразию они, бесспорно, являются лидерами в живом мире. Отсюда, наверное, и вытекает тот факт, что пути биосинтеза этих соединений весьма разнообразны, они не имеют единого предшественника, ключевого соединения, основного типа реакций. Но все-таки, кое-какой порядок здесь есть и можно выделить важнейшие реакции, характерные для биосинтеза алкалоидов и классы стартовых соединений, вовлекаемых в эти превращения. Следует сразу же отметить, что алкалоиды далее всех других природных классов отстоят на биосинтетическом пути от начальных биосинтетических реакций, от начальных биосинтетических Характерные реакции биосинтеза алкалоидов. Образование оснований Шиффа (называемых также азо-метинами) легко проходит, часто при обычных условиях и без привлечения какого-либо катализа, при взаимодействии первичных аминов с альдегидами и кетонами. В случае биосинтеза алкалоидов эта реакция реализуется как внутримолекулярно, формируя азотистый гетероцикл, так и межмолеку-лярно, увеличивая углерод-азотистую цепочку (схема 9.6.1). Современные биосштетнческие исследования дали об щи р кую информацию о путях биосинтеза алкалоидов; многие алкалоиды были успешно синтезированы аналогично тому, как это обычно происходит в природе. В качестве примера участия реакции Манниха в биосинтезе можно привести биосинтез лупиновых алкалоидов. На схеме 2,5 изобра~ жен биосинтез этой алкалоидной системы из аминокислоты лизина. вия биосинтеза алкалоидов в клетках растений. Однако впослед- формацию о путях биосинтеза алкалоидов; многие алкалоиды были ус- Число растительных алкалоидов необычайно велико, разнообразие их структур огромно, и все же, как было установлено уже очень давно, между отдельными алкалоидами можно найти структурные взаимосвязи [1], особенно если они выделены из растений одного вида или семейства. Более того, вероятные взаимосвязи могут быть прослежены вплоть до совсем простых молекул, являющихся промежуточными веществами в первичном метаболизме, что дает возможность высказать предположения о возможных путях биосинтеза алкалоидов. Так, например, тропин (3) (встречающийся в природе обычно в виде различных сложных эфиров) и гигрин (2) образуются в растениях одного вида и имеют резко выраженное структурное сходство; их вероятное происхождение может быть прослежено до первичных метаболитов — орнитина (1) и уксусной кислоты (схема 1). На примере этих алкалоидов может быть рассмотрен также другой важный аспект структурных взаимосвязей—-вероятная последовательность образования алкалоидов Е растении. Сравнение структур (2) и (3) позволяет предположить, что гигрин (2) является промежуточным веществом в биосинтезе тропина (3). Одновременно рассматривались возможные механизмы образования алкалоидов из первичных метаболитов. Полагают, что наиболее универсальной реакцией в ходе биосинтеза алкалоидов является конденсация с участием иминов (4) или енаминов. Реакция такого типа была предложена, например, для биосинтеза гигрина (схема 2) и подтверждена успешными лабораторными синтезами (см. разд. 30.1.2.1). Поразительно, какое большое число чисто гипотетических путей биосинтеза алкалоидов впоследствии, при экспериментальной проверке оказались правильными. Так же поразительно, что все многообразие продуктов вторичного метаболизма (частью которого является биосинтез алкалоидов) достигается с помощью простых, почти шаблонных реакций, чего нельзя сказать о реакциях образования продуктов первичного метаболизма. Поэтому реакции вторичного метаболизма легко могут быть интерпретированы с помощью обычных представлений органической химии. Именно это обстоятельство способствовало тому, что большинство гипотез о биосинтезе алкалоидов подтвердилось. Оно же, очевидно, является причиной успешного моделирования путей биогенеза алкалоидов при их химическом синтезе. Другая примечательная особенность биосинтеза алкалоидов состоит в том, что все огромное разнообразие их структур возни- постулируется, что в ходе нормального биосинтеза алкалоидов такое равновесие не имеет места. Однако, как будет показано ниже, существуют некоторые пиперидиновые алкалоиды, образующиеся из лизина таким образом, что атомы, происходящие от С-2 и С-6 этой аминокислоты, становятся эквивалентными. В рамках рассматриваемой гипотезы этот факт легко объясняется, если допустить наличие равновесия между (73) и несвязанным кадаверином. (Как указывалось в разд. 30.1.2, эта гипотеза в несколько измененном виде применима и к биосинтезу пирролидиновых алкалоидов.) При образовании полисахаридов в клетках млекопитающих из фруктозы образуется фруктозо-6-фосфат, затем глюкозамин-6-фосфат и в конечном итоге — М-ацеТилман-нозамин, UOP-N-ацетилглюкозамин, UOP-N-ацетилгалак-тозамин. Производные моносахаридов активно участвуют в метаболизме живой клетки, стимулируя процессы фотосинтеза, обеспечения клетки энергией, детоксикации и вывода ядовитых веществ, биосинтеза ароматических соединений, в том числе и аминокислот тирозина и фенилаланина, образования сложных биополимеров (полисахаридов, глико-протеинов, гликолипидов, нуклеиновых кислот). Хинная кислота, являясь исходным соединением биосинтеза ароматических кислородсодержащих соединений (а- и у-пиронов, фенолокислот и др.), может накапливаться в некоторых растениях в заметных количествах (в коре хинного дерева, например). Но основное предназначение этой кислоты — образование шикимо-вой кислоты, ключевого интермедиа-та вышеуказанных синтезов, с последующим переходом к бензольным производным, используя реакции дегидратации и дегидрогенизации (окисления). Гидроксикоричные кислоты, выполняя какую-то собственную биологическую роль в природных источниках (в растениях) служат исходными веществами для биосинтеза ароматических кислородных гетероциклических соединений — кумаринов, флавоноидов, антоцианов. Схема образования кумаринов—наиболее простая в этом ряду биосинтетических превращений, начинается с реакции гидроксилирования, скорее всего, радикального по типу входящей частицы — п-кумаровой кислоты. На втором этапе происходит внутримолекулярная этерификация (лактонизация), результатом которой является кумари-новый цикл. В дальнейшем может происходить повторное гидроксилирование бензольного кольца с образованием конечного продукта — эскулетина. Схема 12.9. Шикиматный путь биосинтеза ароматических аминокислот До сих пор не было зафиксировано, по-видимому, ни одного случая использования пропионатных звеньев для реализации альтернативного пути биосинтеза ароматических или алициклических соединений с Ci-заместителем. Во всех многочисленных изученных соединениях такого типа Ci-заместитель всегда, даже в продуктах метаболизма Streptomyces, образуется из формиата или метионина, но не из пропионата. Интересно выяснить, не отражает ли эта тенденция какие-либо связанные с механизмом ограничения на стадии циклизации промежуточных поликетидов, образовавшихся из пропионата. В общем случае относительная важность поликетидов для различных типов организмов отчасти отражает относительную важность соответствующих видов ацил-КоА в их общем метаболизме. Например, распространенность различных ароматических поликетидов в высших растениях является следствием важности биосинтеза ароматических кислот как звена, соединяющего процессы-фотосинтеза и лигнификации; наличие в грибах ацетатных поликетидов отражает важность ацетил-КоА как регулятора их метаболической реакции на изменения окружающей среды; преобладание «пропионатных» поликетидов в актиномицетах, вероятно, связано с аналогичными специфическими процессами в их еще мало изученном промежуточном метаболизме. Синтез поликетидов часто отражает степень использования организмом вторичного метаболизма как одного из механизмов регуляции его отношений со сре-Дой. В то же время под влиянием естественного отбора эти вторич- Тщательные исследования биосинтеза ароматических алкалоидов убедительно показали правильность предложенных гипотез (см. разд. 30.1.4 и 30.1.5). Во всех изученных случаях новая связь между ароматическими кольцами создавалась только между орто-или пара-положениями по отношению к фенольной гидроксильной группе; если эти гидроксигруппы, например, алкилированы, реакции такого типа вообще не происходят. В качестве примера рассмотрим биосинтез лунарина (7), структура которого близка к структуре соединения (6) и отличается, главным образом, отсутствием двойной связи. Резонно предположить, что и образуется лунарин по аналогичному механизму из я-гидроксикоричной кислоты. Это предположение подтверждается тем, что фенилаланин (вероятный предшественник n-гидроксикоричной кислоты), как и спермидин (8), является предшественником этого алкалоида [3]. В настоящее время известны многочисленные примеры протекания NIH-сдвигов в процессах биосинтеза ароматических систем; некоторые примеры перегруппировок этого типа представлены на схемах [(25) — (27); цифры в скобках означают количество сохранившихся атомов водорода (в %)]. Уиткоп [47] интерпретировал происходящие при NIH-сдвиге превращения с позиций «оксено-вого» механизма, согласно которому начальная атака осуществляется частицей, аналогичной кислородному атому, и в качестве первого промежуточного соединения дает ареноксид. Эта гипотеза подтверждается обнаружением нафталиноксида-1,2 в качестве промежуточного продукта метаболизма нафталина в печени [48, 49]. Ареноксид далее может самопроизвольно или под действием кислот перегруппировываться в результате миграции заместителя в соседнее положение кольца с образованием гидроксигруппы на месте мигрировавшего заместителя. Степень сохранения и миграции заместителей в значительной мере определяется наличием группы. Используя метод меченых атомов, Конн и сотр. [95] установили путь биосинтеза пруназина (76) у Prunus laurocerasus включающий два альтернативных перехода от оксима (74) к циангидрину (75) (схема 51). Этот путь биосинтеза цианогенных глюкозидов тесно связан с путем биосинтеза ароматических тио-гликозидов, например глюкотропеолина (79) у Tropaeolum majus (схема 52) [96, 97]. Происхождение атома серы в ионе тиогид-роксимата (78) до сих пор не установлено, хотя было показано, что в него способен активно включаться атом серы L-цистеина По Норду [175], эта схема биосинтеза ароматических аминокислот интересна тем, что указывает на возможность образования структурных звеньев лигнина подобным же образом. Молекулы многих природных соединений содержат бензольные кольца. Некоторые ароматические вещества упоминались в разделах, посвященных терпеноидам и стероидам. В этих случаях биогенетическое происхождение дает основание отнести их к изопреноидам, а ароматичность возникала в результате реакций дегидратации или дегидрирования продуктов мевало-натного пути биосинтеза. Подобный способ ароматизации встречается спорадически и в других типах природных веществ. В этой же главе речь пойдет о таких бензоидных производных, которые образуются на двух путях метаболизма, специально предназначенных для биосинтеза ароматических колец. Первый из них (схема 70, поз. А) получил название ацетатного. В начале его три молекулы коэнзимаА (см. разд. 1.2.2) конденсируются в поликето-кислоту 3.1. В этой реакции могут принимать участие и другие ацилкоэнзи-мы А. Цепь из чередующихся звеньев СО и СН2 бывает различной длины, так как в реакции способно участвовать и большее число ацетатных и других ацильных единиц. Вещества типа 3.1 получили название поликетидов. Ароматические ядра строятся в результате внутримолекулярной кротоновой конденсации поликетида. При этом циклизация может осуществляться двумя способами. Если в построении кольца участвуют атомы С2 и С7, то синтезируются гидроксибензойные кислоты 3.2. Реакция по атомам CI и С6 дает производные гидроксилированного ацетофенона.  Бактерицидная активность Бензольных растворов Бесчисленное множество Бесцветные пластинки Бесцветных блестящих Бесцветными жидкостями Бесцветная прозрачная Бесцветного фильтрата Бесцветную маслянистую |
- |
Навигация