|
|
Биохимия природных пигментовHOv^^A^CHjO-® Me^ Рис. 5.17. б-Аминолевулинатсинтетазный путь образования б-АЛК из глицина и сукцинил-СоА. глутаровый альдегид (5.49)], которая в свою очередь образуется из L-глутамата (5.47) в результате переаминирования до а-кетоглутарата (5.48) и восстановления последнего. 5.9.3. Образование порфобилиногена Асимметричная кнорровская конденсация двух молекул АЛК происходит в ходе процесса (рис. 5.19), который включает альдольную конденсацию, удаление воды и образосоон НСШ2 сн -сн2 I соон (5 47) Глутамат н, соон (5 48) а-Квтоглутарат сно I с=о I сн2 I сн2 I соон CH2NH2 С=0 I сн2 сн2 соон АЛК СНз I HCNH2 I соон Алании сн3 с=о I соон Пируват Рис. 5.18. Образование б-АЛК путем переаминирования. вание шиффова основания. Эту реакцию катализирует один фермент — АЛК-дегидратаза (порфобилиногенсинтаза), и ее продуктом является порфобилиноген [ПБГ 5.50)]. На последней стадии происходит потеря водорода при С-2 пиррольного кольца, причем эта реакция является стереоспецифичной, поскольку отщепляется атом, происходящий из ярск/?-водородного атома при С-5 АЛК5.9.4. Образование первого тетрапиррола — уропорфириногена III Это наиболее интересная и наиболее сложная часть всего биосинтетического пути. Тетрапиррольный макроцикл образуется из четырех идентичных монопиррольных фрагментов в форме ПБГ. Простая конденсация по типу «голова-к-хвосту» четырех молекул ПБГ привела бы к образованию тетрапирроСООН , , СООН СН2 СНг СН2 "СН2 СН2 I NH2 ^Ч"~Г 7 СН2 2Н2° H2N СН2 H2N н (5 50) Порфобилиноген (ПБ1 ) ? Возможный механизм Фермент—NH2 СООН СН2 г сн2 сн2 I NH2 Н20 ФерментСООН I сн2 I НС А 1^н ?N=C Н / СН2 NH2 СООН I сн2 I сн2 с^<Я I сн2 NH2 н+ СООН [ СООН сн2 I I СНр СНо н+ с=с Л I I Фермент—N±= С С Hp / А / CH2f N I V \ NH2 и Н г Н20 СООН I н СООН сн2 СН2 сн2 -^С^—с-4?н сн2 1 NH2 I г сн2 I NH2 Фермент—N=r С I СООН I соонсн2 I I сн2 сн2 I Фермент—N-7 Фермент-NH2 н+ сн2 H2N—СН2 (5 50) ПБГ Рис 5 19 Образование порфобилииогена' возможный механизм, включающий образование шиффова основания между АЛК и лизиновым остатком АЛК-дегидратазы ла уропорфириногена I (5.51). Обычно же первым циклическим тетрапирролом, который может быть выделен в качестве промежуточного продукта пути биосинтеза хлорофилла и гема, является другой изомер — уропорфириноген III (5.52), в котором положения боковых цепей ацетатного и пропионатного заместителей у одного из пиррольных колец формально изменены на обратные. Образование уропорфириногена III из четырех молекул ПБГ — сложный процесс, который все еще продолжают интенсивно изучать. В нем участвуют два фермента —ПБГ-дезами-наза (уропорфириноген I — синтаза) и уропорфириноген Ш-ко-синтетаза, — которые, по-видимому, функционируют совместно а не строго последовательно. При денатурации косинтетазы, например нагреванием до 55—60 °С, первый фермент остается активным, и в результате реакции образуется уропорфириноген I. Однако он уже не может изомеризоваться до уропорфириногена III. Вероятная последовательность происходящих событий приведена на рис. 5.20. Четыре молекулы ПБГ собираются последовательно, начиная с кольца А, в линейный билан (5.53). Эта реакция протекает в присутствии ПБГ-дезами-назы, которая затем катализирует образование ключевого промежуточного продукта — гидроксипроизводного этого била-на (5 54). Последний быстро циклизуется косинтетазой с образованием уропорфириногена III. В этой реакции может принимать участие стабилизируемый ферментом промежуточный продукт—метиленпирроленин (5.55). В ходе циклизации происходит внутримолекулярная перегруппировка в кольце D, вероятно, по механизму, ответственному за образование промежуточного продукта спиро-типа (5.56). В отсутствие косинтетазы линейный тетрапиррол может легко циклизоваться до уропорфириногена I. 5.9.5. Превращение в протопорфириноген (рис. 5.21) Следующей стадией биосинтетического пути является последовательное декарбоксилирование четырех ацетатных боковых цепей уропорфириногена до четырех метильных групп. На этой стадии пропионатные боковые цепи не изменяются. Уропорфириноген I может таким образом превращаться в копропорфириноген I (5.57). Однако обычно в процессе биосинтеза из уропорфириногена III образуется копропорфириноген III (5 58). Удаление всех четырех карбоксильных групп катализируется одним ферментом — уропорфириноген Ш-де-карбоксилазой. Промежуточные продукты в нормальных условиях, по-видимому, не отщепляются от фермента, однако небольшие количества таких продуктов были получены из фекасоон {5.561 (5.52) Уропорфириноген Щ Рис Р» 90 Предполагаемый механизм образования уропорфириногеиа III (А= —СН2СООН; Р = —СН2СН2.СООН). лий крыс. Имеющиеся доказательства подтверждают следующую последовательность декарбоксилирования колец: D, А, В и С. Была также определена стереохимия процесса декарбоксилирования: он протекает с сохранением конфигурации (рис. 5.21,5). Две пропионатные боковые цепи копропорфириногена III (в кольце А, а затем в кольце В) далее модифицируются в винильные группы с помощью копропорфириногеноксидазы, для функционирования которой необходим молекулярный кислород. Копропорфириноген I такой модификации не подвергается. Промежуточными продуктами модификации копропорфириногена III могут быть соединения с гидроксилированны-ми пропионатными боковыми цепями, а ее конечным продуктом является протопорфириноген IX (5.59). Установлено также, что при этом наблюдается rpawc-отщепление водорода (рис. 5.21, Б). 5.9.6. Дегидрирование до протопорфирина IX Прежде чем произойдет образование хелатного комплекса с металлом, порфириногенный макроцикл в результате удаления шести водородных атомов должен быть превращен в сопряженный окрашенный порфирин (рис. 5.22, Л). Последовательность их удаления неизвестна. Продукт этой реакции—? протопорфирин IX (5.60) является последним промежуточным продуктом, общим для биосинтеза хлорофилла и гема. 5.9.7. Образование хелатного комплекса с металлом Биосинтез гема. Гем (протогем; 5.61) образуется из протопорфирина IX и Fe2+-noHa под действием фермента фер-рохелатазы (рис. 5.22,5). Обычно этот фермент прочно связан с клеточными частицами. Его можно обнаружить в митохондриях животных клеток, в хлоропластах растений и в мембранах фотосинтезирующих бактерий. В некоторых случаях, однако, в клетках присутствует также и растворимая феррохелатаза. Очищенная феррохелатаза способна вводить в протопорфири-ны (которыми могут быть не только протопорфирины IX), помимо ионов Fe2+, ионы других металлов, например Zn2+ и Со2+. Некоторую роль в этом процессе играет, по-видимому, липид (вероятно, фосфолипид). Биосинтез хлорофилла. Хотя считают, что введение иона магния при биосинтезе хлорофилла также происходит на стадии протопорфирина IX (рис. 5.22,5), на практике чрезвычайно трудно разделить образование хелатного комплекса с металлом от метилирования пропионатной боковой цепи при С-13. ноос н,с н,с СН, СООН СН, CHj.COOH Изомеры i ноос н,с н,с НООС —J 4 CO, НООС Н,С Н,Ссн, СООН НООС н,с н,с сн, соон сн, СН, СООН Уропорфириноген I Изомеры III НООС Н,С Н,С НООС Н,С НООС Н,С НООС Н,С Н,С СН, СООН НООС Н,С Н,С СН, СН, СООН НЭС t Стадия 1 ] 4СО,СН, ГООН Н,С СН, СН, СООН НООС Н,С Н,С сн, СН, СН, СООН Уропорфириноген III ^/(5 58) Копропорфириноген III СНОН СН, СООН сн Н,С н,с у I 3 СНОН СН, СООН HN-Ч СН, НООС н,с н,с сн, СН, СООН НООС н,с н,с (5 59) Протопорфириноген | х Рис. 5.2L Превращение уропорфириногена в копролорфирииоген и затем в протолорфнрииогеи IX. А. Путь превращения. 5, Стереохимия. Однако была показана этерификация магнийпротопорфирина IX (5.62) до метилового эфира (5.63) с участием S-аденозилме-тионина. Это подтверждает идею о том, что в нормальных условиях хелатирование предшествует метилированию. Что касается фермента, ответственного за введение иона Mg2+ в молекулу протопорфирина IX, то здесь пока получены лишь предварительные результаты. 5.9.8. Последующие стадии биосинтеза хлорофилла а Образование изоциклического кольца (кольца Е) и протохлорофиллида а. Метилированная пропионатная боковая цепь в положении 13 кольца С метилмагнийпротопорфири-на IX (5.63) используется для образования изоциклического кольца (кольца Е) с помощью последовательности реакций, показанной на рис. 5.23. Были идентифицированы промежуточные продукты этой последовательности реакций, протекающих по типу R-окисления. COO.CHa Ряс. §„23, Образование изоциклического кольца и протохлорофиллида а. 1 _ mm проюжлорофшллиа в в хяорофиллы а и §. Вин Ильи а я группа при С-8 образующегося продукта—метилового эфира магний.-3,8-днвинилфеопорфирина аи (5.64) — затем подвергается насыщению до этилыюй группы, и образуется протихлорофиллид а [метиловый эфир магаийвюшлфео-порфирина и& (5.65)]. Вместе с тем есть много аргументов в пользу того, что восстановление винильной группы может происходить до образования изоциклнческого кольца. Образование хлорофилла а. Превращение протохлоро-филлида а в хлорофилл а включает только две реакции — гидрирование кольца с образованием дигидропорфиринового (хло-ринового) макроцикла и этерификацию последнего Сго-изопре-ноидным спиртом фитолом (рис. 5.24). Хотя эти реакции кажутся простыми, в целом образование хлорофилла а из протохлорофиллида—процесс чрезвычайно сложный. Сначала происходит восстановление кольца D тутя^-присо-единением двух водородных атомов, что приводит к образованию хлорофиллида а (5.66). У некоторых растений и водорослей, например у Chlorella, которая может синтезировать хлорофилл в темноте, эта реакция является простой катализируемой ферментом темновой реакцией. Большинству растений, однако, для синтеза хлорофилла необходим свет. Кроме того, процесс насыщения кольца D, по-видимому, является фотопревращением |
< 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] |