ментов (гл. 4).

Подробно начальные стадии шикиматного пути приведены на рис. 3.10. Предшественники из о(йцего метаболического

Рнс 311 Биосинтез бензохиноновогб кольца убихинона Для введения пре нильной боковой цепи и метального и метоксильных заместитетей возможны несколько альтернативных последовательностей реакций Другие бензохи-ноны могут синтезироваться сходным образом из шикимата через п гидроксибензоат или гомогентизат

фонда углеводов дают начало С7-сахару, а именно 7-фосфату З-дезокси-О-арабиногептулозоновой кислоты [ФДАГК (3 48)], который затем подвергается циклизации с образованием 5-де-гидрохинной кислоты (3.49) Последняя превращается в шики-мовую кислоту (3 47) и далее в 5-фосфошикимовую кислоту (3 50) Присоединение следующего С3-фрагмента [в виде фос-фоенолпирувата (3 51)] к 5-фосфошикимовой кислоте дает хоризмовую кислоту (3 52), которая после внутримолекулярной перегруппировки превращается в префеновую кислоту (3 53) Эти чрезвычайно важные промежуточные соединения являются предшественниками ароматических аминокислот триптофана, ^фенилаланина и тирозина, флавоноидных пигментов и многих

Рис 3 12 Вероятные пути биосинтеза нафтохинонов в том числе менахмно-на, филлохинона, лавсона и юглона, из шикимата ТПФ — тиаминиирофосфат.

природных продуктов с ароматической структурой Природные хиноны образуются как через префеновую кислоту, так и из более ранних предшественников, таких, как шикимовая или хо-ризмовая кислоты.

Бензохиноны. Бензохиноновое кольцо убихинона образуется из шикимата через хоризмат (3.52) и л-гидроксибензоат (3 54) (рис 3 11) Возможно, что некоторые другие природные бензохиноны синтезируются из шикимата либо вышеуказанным путем через я-гидроксибензоат, либо через гомогентизат (3.55) или даже через С6-С3-коричные кислоты (гл. 4). Однако экспериментальные данные для подтверждения этой гипотезы отсутствуют

Нафтохиноны. Роль шикимата в биосинтезе хинонов наилучшим образом изучена на примере нафтохинонов. Выяснены -основные детали пути образования менахинона, филлохинона, лавсона (3 18) и юглона (3 17) (рис 3 12). В опытах с введением меченых предшественников было показано, что шикимат включается в молекулу хинона в виде интактного Су-фрагмента, образующего бензеноидное (А) кольцо и одну из хиноновых карбонильных групп. Три остальных углеродных атома происходят из некарбоксильных углеродных атомов глутамата (3 56) или р-кетоглутарата (3 57). Ключевым промежуточным соединением является, по-видимому, о-сукцинилбензоат (3.58), образующийся в результате присоединения к шикимату тиаминпи-рофосфатного производного полуальдегида янтарной кислоты (образовавшегося из глутамата или р-кетоглутарата). Конечные стадии, во время которых о-сукцинилбензоат превращается в лавсон, юглон и родственные хиноны, пока не выяснены. Считается, что собственно 1,4-нафтохинон (3.59) и, возможно, также 1,4-нафтогидрохинон (3 60) являются промежуточными продуктами биосинтетического пути, ведущего к образованию .юглона В биосинтезе менахинона участвуют нафтилкарбоновая .кислота (3.61) и 2-метилнафтохинон [менадион (3.62)].

3.6.5. Мевалонатный путь

Путь через мевалоновую кислоту, очевидно, используется для получения полиизопреноидных боковых цепей убихинона, менахинона и т. п Известны также примеры использования коротких изопреноидных заместителей (С5 или Сю) в промежуточных продуктах для введения недостающих углеродных атомов в систему колец нафтохинонов или антрахинонов. Образующиеся при этом нафтохиноны и антрахиноны являются, таким образом, с биосинтетической точки зрения замещен-лыми бензохинонами и нафтохинонами соответственно.

Рис 3.13 Биосинтез иафтохииоиа химафилина при готшестном участии шикиматного и мевалонатного путей.

Нафтохиноны. Мевалонатный путь биосинтеза нафтохинонов используется растениями сем. Pyrolaceae. Именно по этому пути синтезируется химафилин (3 63). Хиноновое кольцо (В) этого соединения образуется, как и у бензохинонов, обычным путем из шикимата. Недостающие же атомы бензеноидного кольца А и метильный заместитель образуются из мевалоната. Вероятный путь биосинтеза химафилина приведен на рис. 3.13. Он включает перегруппировку л-гидроксифенилпирувата (3.64) в гомогентизат (3.55), который затем превращается в гомоарсоон

он о-®-®

«•ГидрОКСИбензоат Геранилпирофосфат

J3 68) Алканнин

'РаСг 3.14. Образование пренилироваииого нафтохинояа алканнина нз л-гид-|Ю&сибеизоата (шикиматный путь) и геранилпирофосфата (из мевалоната)

«бутин (3.65). Пренилирование последнего дает замещенный гидрохинон (3.66), который циклизуется в гидрохиноновую •форму химафилина (3 67). Последняя окисляется далее в собственно химафилин. В настоящее время выделены (в виде глюкозидов) почти все промежуточные продукты этого предполагаемого биосинтетического пути.

В случае алканнина (3.68), полученного из корней представителей сем. Boraginaceae, кольцо А образуется из шикимата через /г-гидроксибензоат, а остальные десять углеродных атомов, включая атомы хинонового кольца (кольца В), предоставляются двумя молекулами мевалоната. Биосинтез (рис. 3.14) включает в первую очередь пренилирование л-гидроксибензоа-та геранилпирофосфатом с образованием промежуточного продукта (3.69). Затем следует окислительная циклизация и введение кислородсодержащих групп.

Антрахиноны. Биосинтез антрахинонов в растениях сем. Rubiaceae, Bignoniaceae и Verbenaceae, по-видимому, довольно близок к синтезу алканина. Ализарин (3.27) биосинтетически представляет собой замещенный нафтохинон. В него включается метка и из шикимата, и из мевалоната. Кольца А и В образуются из шикимата через о-сукцинилбензоат, как это было описано выше для биосинтеза юглона (рис. 3.12), в то время как кольцо С образуется из мевалоната. Одна метильная группа пренильной боковой цепи в ходе образования ализарина теряется, однако у других близких антрахинонов она сохраняется (иногда в окисленной форме).

3.6.6. Фенольная конденсация

Фенольная конденсация представляет собой биосинтетический процесс, характерный для организмов, синтезирующих фенольные соединения и хиноны. В ходе этого процесса происходит димеризация по свободнорадикальному механизму и образуется связь между весьма реакционноспособными группами мономеров. Многие из встречающихся в природе крупных хинонов имеют структуру, свидетельствующую о том, что они являются димерами или другими продуктами конденсации наф-тохинонов или антрахинонов. Иногда в ткани, где они находятся, присутствуют также и мономеры. Общеизвестным примером подобной ситуации служит одновременное присутствие 7-метилюглона (3.70) и нескольких его димеров (3.71—3.73) у видов Drosera и Diospyros, в том числе и в древесине эбенового дерева, где некоторые из них являются предшественниками черного пигмента.

В тех или иных случаях может происходить несколько последовательных фенольных конденсаций. Так, гиперицин является диантрахиноном, в котором мономеры соединены в трех местах.

Фенольная конденсация происходит также при образовании протоафинов у тлей и при посмертной трансформации прото-афинов в ксантоафины, однако химия этих процессов гораздо сложнее, чем до сих пор рассмотренных.

Образование полимеров (меланинов) с помощью той же фенольной конденсации хиноидных мономеров будет описано в гл. 7.

3.6.7. Общая оценка

Сложность биосинтеза хинонов заключается в том, что он может происходить по совершенно различным альтернативным путям. Грибы, по-видимому, образуют хиноны в основном с помощью поликетидного пути, тогда как у высших растений они обычно синтезируются несколькими путями, в том числе и шикиматным, нередко в комбинации с изопреноидным; в последнем с участием мевалоната формируется часть системы колец нафтохинонов и антрахинонов.

Хиноновые пигменты животных, например спинохромы и эхинохромы иглокожих и антрахиноны насекомых и криноид„

(3.72) (3 73)

по-видимому, не поступают в организм с пищей. У этих животных происходит самостоятельный биосинтез хинонов, и в изученных случаях было показано, что он происходит по полике-тидному механизму. Не исключено, что эти хиноны образуются микроорганизмами-симбионтами; действительно, эта возможность в некоторых случаях кажется весьма вероятной, например в случае биосинтеза пигмента насекомых — карминовой кислоты (3.28).

3.7. Функции и биологическое действие

У хиноновых пигментов нет какой-либо одной общей функции. Они не играют важной роли в качестве пигментов в фотосинтезе или фоторецепторов в других процессах. Они

редко имеют первостепенное значение в качестве пигментов, придающих внешнюю окраску. Обычно хиноновые пигменты вносят лишь незначительный вклад в окраску организмов и тканей, в которых они образуются и накапливаются.

3.7.1. Окрашивание

Известно несколько примеров окрашивания (обычно в желтый, оранжевый или коричневый цвет) грибов и лишайников нафтохинонами и антрахинонами. Ярко-красная, пурпурная и даже синяя или зеленая окраска некоторых беспозвоночных животных, например морских ежей и ряда близких к ним форм, некоторых криноид (морских лилий), червецов и тлей — наиболее известные примеры проявления пигментных свойств хинонов. Обычно хиноны не являются пигментами высших растений, однако у немногих видов они ответственны за желтую окраску.

3.7.2. Функции, не связанные с поглощением света

Многие хиноны обладают важными биологическими функциями, которые не зависят от их светопоглощающих свойств. Даже в тех случаях, когда соединение может поглощать свет в видимой части спектра и, следовательно, окрашено, это свойство не используется при функционировании молекул данного вещества.

Перенос электронов. Возможно, наиболее существенную роль играют изопренилированные молекулы убихинона и мена-хинона, которые являются дыхательными коферментами в системах переноса электронов у животных, растений и микроорганизмов, а также близкий к ним по строению хинон — пластохинон фотосинтетических систем переноса электронов в хлоропластах (гл. 10). Важным свойством в данном случае является легкость и обратимость восстановления хинон