Биологический каталог




Биохимия природных пигментов

Автор Г.Бриттон

HOv^^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

страница 29
< 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
(24.07.2017)