6. БИОГЕНЕЗ ТЕРПЕНОИДОВ В РАСТЕНИЯХ

Биогенез ациклических монотерпенов.

Биогенез простейших монотерпенов протекает в три стадии:

1-я стадия - синтез мевалоновой кислоты;

2-я стадия - образование изопренового интермедиата (интермедиат - промежуточное химическое соединение, участвующее в синтезе внутри системы),

3-я стадия - образование ациклического монотерпена.

Биосинтез катализируется соответствующими ферментными системами.

Энергия для биосинтеза обеспечивается АТФ (аденозилтрифосфорная кислота), кото­рая при дефосфорилировании (АТФ → АДФ → АМФ) освобождает большое количество энергии (12 000-16000 кал на 1 моль Н₃РО₄).

Стадия 1-я. Уксусная кислота под влиянием кофермента А и АТФ (КоА) превращается в ацетил-КоА (КоА - кофермент А или сокращенно КоА и KoA-SH. При его участии происходит активирование уксусной кислоты и других кислотных остатков — ацилов. Он состоит из остатка пантотеновой кислоты (витамина), аденозина, тиоэтаноламина и трех остатков фосфорной кислоты.). Образовавшийся ацетил-КоА (СНзСО-S-KoA) содержит богатую энергией тиоэфирную связь, при гидролизе которой освобождается 8000 кал. Ацетил-КоА может затем передавать активированный ацил различным соединениям. КоА является важнейшим ацилирующим агентом в живом организме, участвующим в биосинтезе не только всех классов терпеноидов, но и многих других природных соеди­нений.

Далее происходит конденсация двух молекул ацетил-КоА с образованием ацетоацетил-КоА. В результате дальнейшей конденсации ацетоацетил-КоА и ацетил-КоА образуется 3-метил-3-окси-глутарил-КоА, который восстанавливается в мевалоновую кислоту (за счет активированной КоА карбоксильной группы в спиртовую):

Стадия 2-я. На этой стадии под влиянием фермента киназы и АТФ мевалоновая кисло­та превращается в 5-фосфомевалоновую кислоту. При инкубации этого эфира с тем же аденозинтрифосфатом получается новый эфир - 5-пирофосфомевалоновая кислота. Далее происходит образование изопентенилпирофосфата, основной изопреноидной интермедиат, которого исследователям долгое время не удавалось выделить:

Стадия 3-я. Вначале происходит изомеризация изопентенилпирофосфата в диметилаллилпирофосфат, а затем конденсация одной молекулы последнего с одной молекулой изопентенилпирофосфата (по типу «голова к хвосту») с образованием геранилпирофосфата:

Не трудно себе представить, что если реакционно-способная аллильная группа геранилпирофосфата атакует двойную связь другой молекулы изопентенилпирофосфата, то алифатическая цепь удлинится еще на один изопреновый остаток и по правилу «голова к хвосту» образуется ациклический сесквитерпен фарнезилпирофосфат:

Биогенез циклических монотерпенов.

Предполагают, что циклические монотерпены биогенетически происходят из ацикли­ческого предшественника типа гераниола или линалоола. Ружичка (1953), развивая изопреновое правило, предложил ряд механизмов для образования этой группы терпенов с необходимой при этом циклизацией.

Биогенез циклических сесквитерпенов.

Биогенетическим предшественником циклических сесквитерпенов являются ацикли­ческий сесквитерпен фарнезол и близкие к нему спирт неролидол и углеводород фарнезен.                                  

При изложении своего изопренового правила Ружичка сформулировал предполагае­мую последовательность стадий, ведущих к образованию моноциклических сесквитерпе­нов типа бисаболена, бициклических и типа α-кадинена и трициклических типа цедрена.

Биогенетические связи некоторых сесквитерпенов

Образующееся из геранилпирофосфата сесквитерпеновое производное - фарнезилпирофосфат становится исходным веществом также для биосинтеза стероидов, тритерпенов и политерпенов. Это происходит после того, как две молекулы фарнезилпирофосфата после восстановительной димеризации по типу «хвост к хвосту» образуют сквален.

Нижеприводимую общую схему биогенеза терпеноидов необходимо рассматривать как совместный труд многих ученых (Ружичка¹ с сотрудниками, Корнфорта² с сотруд­никами, Блоха³, Линена⁴ с сотрудниками и других ученых. Из отечественных ученых в познание строения терпеноидов и биогенетических связей между ними много внесли Б. Н. Рутовский, Г. В. Пигулевский, М. И. Горяев.

Общая схема биогенеза разных классов терпеноидов

¹Ruzicka.L., The Isoprene Rule and the Biogenesis of Terpenic Compounds, Experimentia, 9, 357 --396, 1953.

² Cornforth J. W. Tetrahedron Letters, 5, 311, 1959.

³ Bloch К. In: Biochemistry of Steroides. Proc. 4-th International. Congr. Biochem. New York, 50, 1958.

⁴ Lynen F., Angew. Chem., 70, 438, 1958.