Биологический каталог




Биохимия природных пигментов

Автор Г.Бриттон

ют, что в такой перегруппировке участвует промежуточный продукт, имеющий структуру призмы Ладенбурга (рис. 2.30).

I

T

2.7. Регуляция и контроль биосинтеза каротиноидов и

1

2.7.1. Грибы и бактерии

Генетический контроль. При изучении биосинтеза каротиноидов широко использовались мутанты плесневого гриба Phycomyces blakesleeanus. Существуют три главные группы мутантов—мутанты, накапливающие ликопин; мутанты, накапливающие фитоин; и мутанты, не способные синтезировать каротиноиды. Обширные комплементационные исследования показали, что в нормальном каротиногенезе участвуют только три гена, обозначаемые как car R, саг В и саг Л, и что каждая из трех групп мутантов соответствует мутации в одном из этих генов. Циклизация (ликопина?) осуществляется продуктом гена car R; две копии этого продукта, т. е. два циклазных фермента в едином ферментном комплексе, участвуют в образовании р-каротина. Аналогичным образом четыре копии продукта гена саг В функционируют в дегидрогеназном комплексе, который осуществляет четыре последовательные реакции десату-рации, необходимые для превращения фитоина в ликопин. Предполагают, что биосинтез в целом происходит на мульти-ферментном комплексе, включающем десатуразы и циклазы.

Свет. Свет стимулирует дополнительный синтез каротиноидов у многих грибов и бактерий, которые в темноте обычно образуют умеренное их количество. У многих других грибов и бактерий, однако, синтез каротиноидов в темноте происходит в очень ограниченной степени или не происходит вовсе, но может начаться в ответ на одновременное кратковременное воздействие света и кислорода. После освещения перед началом каро-тиногенеза обычно наблюдается индукционный период (около 4 ч), необходимый для синтеза ферментов. Подобный механизм

фотовозбуждения специфического биосинтеза обеспечивает наличие каротиноидов только тогда, когда они необходимы для защиты организма от вредного действия избытка света и кислорода.

В настоящее время выяснено, на какую стадию образования каротиноидов влияет свет. У Mycobacterium при освещении усиливается образование ГГПФ, а образование ПФПФ целиком зависит от освещения. У гриба Neurospora crassa ферменты, катализирующие как образование, так и десатурацию фитоина, по-видимому, являются фотоиндуцируемыми.

Рис. 2.30. Предполагаемый механизм биосинтеза 1,2,3-триметилфенильной

концевой группы

У фотосинтезирующих бактерий свет необходим как для синтеза каротиноидов, так и для образования других компонентов фотосинтетических мембран (гл. 10).

Условия культивирования. У многих грибов и бактерий количественный и качественный состав каротиноидов изменяется при изменении условий культивирования. На количество и состав образующихся каротиноидов сильно влияют природа источников углерода и азота, отношение углерод/азот, доступность минеральных солей, витаминов и ростовых факторов, степень аэрации, рН среды и температура.

Химический контроль. Известно, что многие вещества стимулируют или подавляют синтез каротиноидов или вызывают качественные изменения в их составе у микроорганизмов. Некоторые из таких соединений, например дифениламин и никотин, широко использовались в исследованиях биосинтеза каротиноидов (разд. 2.6.4 и 2.6.5).

Интересный пример химического контроля каротиногенеза в природных биологических системах обнаружен у некоторых гетероталлических грибов, в частности у Blakeslea trispora. При раздельном выращивании ( + )- и (—)-штаммы не образуют каротиноиды в заметных количествах, тогда как в смешанных культурах происходит интенсивный синтез р-каротина^ Этот синтез индуцируется триспоровой кислотой (2.86) — гор—Н ОН

о

моном, который образуется под действием комбинации ферментов из двух штаммов. Триспоровая кислота представляет собой метаболит р-каротина и ее главная функция заключается в стимулировании споруляции и репродукции. Не исключено, что стимуляция каротиногенеза является частью механизма, обеспечивающего усиление образования триспоровой кислоты.

2.7.2. Растения и водоросли

Генетический контроль. Из генетических доказательств следует, что в зеленых тканях высших растений и у водорослей реакции десатурации и циклизации находятся под непосредственным ядерным контролем. Так, были выделены мутанты кукурузы (Zea mays) и зеленой водоросли Scenedesmus obliquus, накапливающие фитоин, ^-каротин или ликопин.

Наиболее важные генетические исследования проведены на томатах. Были сделаны некоторые предположения относительно участков действия генов, которые контролируют биосинтез каротиноидов в плодах томата. Некоторые гены действуют до стадии образования фитоина и контролируют количество предшественников, вступающих в процесс биосинтеза каротиноидов. Другие гены контролируют соответственно десатурацию фитоина, циклизацию ликопина до р-каротина, приводящую к образованию е-, а не fj-кольца, или стереохимию конечного продукта. Так, «теневые» (ghost) мутанты томата имеют «белые» плоды, содержащие в большом количестве фитоин; плоды линии «высокий |3» («high-|3») накапливают в высоких концентра-ьиях ft-каротин вместо накапливаемого в нормальных условиях ликопина; дельта-штамм в качестве главного пигмента содержит б-каротин; а у плодов томата сорта «танжерин» вместо полностью траяс-ликопина в качестве главного капотиноида присутствует проликопин.

Синтез каротиноидов в хлоропластах. В фотосинтезирующих тканях каротиноиды локализованы в хлоропластах; весьма вероятно, что они и синтезируются в этих органеллах. Этиолированные проростки и выращенные в темноте культуры Euglena gracilis синтезировали лишь небольшие количества каротиноидов, главным образом ксантофиллов. В ответ на кратковременное освещение нормальные хлоропластные каротиноиды синтезируются по мере образования функционирующих хлороплас-тов. Полагают, что действие света опосредовано фитохромом. Каротиноиды представляют собой неотъемлемую часть самой •структуры хлоропластов, и регуляция их синтеза тесно взаимосвязана с синтезом хлорофилла и других компонентов хлоропластов (гл. 10).

Многие водоросли образуют хлоропласты, а следовательно, и нормальные хлоропластные каротиноиды даже при росте в темноте.

Синтез каротиноидов в созревающих плодах. У многих плодов созревание сопровождается интенсивным синтезом каротиноидов по мере замены хлоропластов на хромопласты и изменения окраски с зеленой на красную. Образующиеся в ходе созревания плодов или уже после их сбора каротиноиды часто отсутствуют в исходных хлоропластах, например ликопин в томатах и капсантин в перце. Свет обычно не оказывает существенного влияния на процессы созревания или накопления каротиноидов, тогда как температура является важным фактором этих процессов.

Химический контроль. Известно, что многие вещества стимулируют или ингибируют синтез каротиноидов. В их число входят некоторые гербициды, например Sandoz 6706 [4-хлор-5- (диметиламино) - 2(>а,а,а-трифтор-ж-толил) -3(2Н) - пиридази-нон], который может ингибировать синтез каротиноидов (блокируя десатурацию фитоина) и таким образом предотвращать правильное развитие хлоропластов.

2.8. Метаболизм каротиноидов у животных

2.8.1. Интактные каротиноиды

Хотя многие животные используют каротиноиды для окраски, полагают, что они не способны синтезировать эти соединения и получают их в необходимых количествах с пищей. Например, фламинго, живущие в зоопарке, теряют свою характерную привлекательную розовую окраску при недостатке ке-токаротиноидов, которые в природных условиях они получают, питаясь \ крошечными рачками. Многие животные (птицы, а также насекомые и другие беспозвоночные) могут, однако, модифицировать структуру поступающих с пищей каротиноидов, в частности путем введения кетогрупп в положение С-4. Было показано, что некоторые животные — главным образом птицы и беспозвоночные — превращают р-каротин (2.3) и зеаксантин (2.7) в кантаксантин (2.27) и астаксантин (2.9) соответственно^

Рис. 2.31. Образование нор-каротиноида актиниоэритрииа.

Интересной и необычной модификацией является образование у актиний яор-каротиноида актиниоэритрииа (2.14) из= сложных эфиров астаксантина с помощью процесса, включающего превращение шестичленного кольца в пятичленное. Предложенный механизм (рис. 2.31) включает бензильнокислотную' перегруппировку промежуточного трикетосоединения.

У ряда животных были обнаружены каротиноиды, которые не могли присутствовать в пище или образовываться из присутствующих в пище с помощью какого-либо известного метаболического процесса. Например, божья коровка Coccinella septempunctata содержит необычные каротиноиды с у-кольцом, которые, вероятно, образуются с помощью микробных симбионтов. Происхождение (6S, 6'?)-е-каротина, присутствующего в; окрашенных жировых каплях сетчатки некоторых птиц (гл. 9),. остается загадкой.

2.8.2. Образование ретинальдегида и зрительных пигментов

У многих животных, в том числе у человека, наиболее-важными продуктами метаболизма каротиноидов являются витамины А [ретинол (2.87) и 3,4-дидегидроретинол (2.88) и соответствующие альдегиды — ретинальдегид (2.89) и 3,4-диде-гидроретинальдегид (2.90)]. Ретинальдегид (ретиналь, рети-нин) образуется в слизистой кишечника в результате окислительного расщепления на две половины молекулы р-каротина (рис. 2.32). Этот процесс катализируется р-каротин-15,15'-ди-оксигеназой и идет через образование промежуточного перекис-ного соединения (2.91). Ретинальдегид и ретинол легко превращаются друг в друга в присутствии NAD(H) или NADP(H) алкогольдегидрогеназами, содержащимися в различных тканях,

(2 89) Ретинальдегид (2 90) 3 4 Дидегидроретинальдегид

главным образом (у млекопитающих) в печени и в сетчатке глаза. В крови витамин А транспортируется в виде комплекса с липопротеином (ретинолсвязывающим белком), а запасы эфи-ров ретинола хранятся в печени.

Процесс зрения зависит от группы фоточувствительных пигментов, которые локализованы в сетчатке глаза. Эти зрительные пигменты представляют собой комплексы опсинов (глико-липопротеинов) и 11-?{иоретинальдегида или 11-?{«с-дегидро-ретин

страница 12
< К СПИСКУ КНИГ > 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67

Скачать книгу "Биохимия природных пигментов" (3.06Mb)


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]  [обратная связь]

п»ї
Rambler's Top100 Химический каталог

Copyright © 2009
(30.05.2017)