Шикиматный путь


Шикиматный путь

Шикима́тный путь — метаболический путь, промежуточным метаболитом которого является шикимовая кислота (шикимат). Шикиматный путь наряду с поликетидным (ацетатно-малонатным) механизмом построения бензольных ядер отмечается как специализированный путь биосинтеза бензоидных ароматических соединений. Шикиматным путём в природе синтезируются такие известные соединения, как фенилаланин, тирозин, триптофан, бензоат, салицилат. Шикиматный путь является источником ароматических предшественников терпеноидных хинонов (убихинонов, пластохинонов, менахинонов, филлохинонов), токоферолов, фолата, лигнинов, меланинов, таннинов и огромного множества других соединений, играющих в природе различную роль. Шикиматный путь — один из древнейших эволюционно-консервативных метаболических путей; как источник фундаментальных составляющих (в первую очередь — трёх протеиногенных аминокислот) живой материи фактически представляет собой часть первичного метаболизма. Значение шикиматного пути велико, так как этот путь является единственным установленным путём биосинтеза ряда важнейших природных соединений, в том числе значимых в плане их практического использования.

Содержание

История открытия и изучения

В 1935 году немецкий химик-органик Германн Отто Лауренц Фишер (1888—1960) отметил, что кислоты хинная и шикимовая могут быть метаболически тесно связанными с бензоидными ароматическими соединениями, в частности, с галловой кислотой.[1] Для хинной кислоты была известна биологическая ароматизация (при участии микроорганизмов наблюдали образование из хинной кислоты некоторых фенольных соединений, а также было показано, что хинная кислота в организме млекопитающих метаболизируется в гиппуровую кислоту). Однако всё же чёткого подтверждения того, что гидроароматические кислоты являются естественными предшественниками природных ароматических соединений не существовало до 1950-х годов.[2]

В 1950 году американский микробиолог Бернард Дэвис (1916—1994), применяя ультрафиолетовое облучение, используя метод отбора с применением пенициллина, получил серию мутантов Escherichia coli, способных расти лишь в такой питательной среде, в которую добавлялись ароматические соединения. Многие мутанты нуждались в фенилаланине, тирозине, триптофане, пара-аминобензоате и [2] [3]

Таким образом, шикимат, который отнюдь не является ароматическим соединением, оказался промежуточным продуктом в процессах биосинтеза трёх ароматических протеиногенных аминокислот, пара-аминобензоата и других существенных ароматических соединений.[3] Очевидно, у некоторых полученных Дэвисом мутантов был нарушен синтез шикимата, тогда как у других мутантов были блокированы более поздние стадии метаболического процесса.

При помощи ауксотрофных мутантов Escherichia coli, Aerobacter aerogenes и Neurospora и с применением изотопно-меченых соединений был прослежен весь путь от углеводных предшественников до первичных и вторичных метаболитов ароматической природы.[3] Важнейшая часть работы была проделана Бернардом Дэвисом в сотрудничестве с Дэвидом Спринсоном (1910—2007) из Колумбийского университета.[4] Значительный вклад в изучение отдельных стадий процесса внесли также австралийцы Франк Гибсон (1923—2008), Джеймс Питтард и многие другие исследователи. Полная картина метаболического пути стала ясна в 1963—1964 г., когда Франк Гибсон наконец выделил и изучил долго ускользавшую от наблюдения субстанцию «compound X» — недостающий промежуточный метаболит, структура которого до этого уже была предсказана (впоследствии подтверждена Ллойдом Джэкмэном при помощи ЯМР-спектроскопии). По предложению своего тестя это соединение Гибсон назвал хоризматом (хоризмовой кислотой). Гипотеза Дэвиса (5-карбоксивинил-шикимат-3-фосфат, или как его тогда называли «Z1-phosphate» — предшественник как фенилаланина, тирозина, так и триптофана) была доказана, гипотеза Спринсона (последний общий предшественник трёх ароматических аминокислот — фосфошикимовая кислота) подтверждения не получила.[5]

Сринивасан, Катажири, Спринсон, Майтра установили путь через ДАГФ, долго считавшийся единственным. В 2004 году были опубликованы результаты исследований американского биохимика Роберта Уайта по рассшифровке пути через ДКФФ.[6] Однако предложенная Уайтом гипотетическая схема биосинтеза ДКФФ впоследствии не подтвердилась. В 2006 году Роберт Уайт и Сюй Хуэйминь сообщили, что им удалось выяснить истинный путь биосинтеза ДКФФ у Methanocaldococcus jannaschii.[7]

Название пути

Название «шикиматный путь» (the shikimate pathway), также можно встретить «путь шикимовой кислоты» (the shikimic acid pathway), было определено исторически (изучение началось с установления метаболической роли шикимовой кислоты, см. выше). В 1979 году H. G. Floss, желая подчеркнуть ключевую роль и мультипотентность другого важнейшего промежуточного соединения (хоризмата), предложил название «the chorismate pathway». Ввиду того, что хоризмат находится хотя и важнейшей, но не единственной точке ветвления цепочки химических превращений, и в силу того, что старое название к тому времени уже хорошо закрепилось, подобное переименование было признано контрпродуктивным и от него отказались. Другое возможное название, «the aromatic pathway», также было отвергнуто, так как многие ароматические соединения синтезируются иными путями, некоторые же неароматические продукты синтезируются из шикиматных предшественников, минуя стадию ароматизации.[8]

Годы открытия основных соединений смотри в приложении .

Распространённость и локализация

Шикиматный путь осуществляется в клетках прокариот (как бактерий, так и архей) и эукариот (грибов, растений, всевозможных протистов, но не животных). У растений реакции шикиматного пути проходят в цитозоле и, практически независимо,[9] в пластидах (главным образом в хлоропластах), однако гены практически всех ферментов локализованы в ядре; при нормальных условиях роста около 20 % всего усваиваемого растением углерода протекает этим путём.[10] У организмов, клетки которых не содержат пластиды, шикиматный путь протекает в цитозоле. Многоклеточные животные (Metazoa) не имеют ферментной системы шикиматного пути, так как получают протеиногенные ароматические аминокислоты и прочие необходимые продукты шикиматного пути в достаточном количестве с пищей (или от симбионтов) и потому эволюцией освобождены от необходимости их биосинтеза de novo. С другой стороны, избавившись от «лишнего» ещё на этапе своего эволюционного становления, животные попали в зависимость от ряда экзогенных соединений (незаменимые аминокислоты, значительная часть витаминов).[11] Животные способны преобразовывать готовые ароматические продукты шикиматного пути,[12] в частности, способны превращать незаменимую аминокислоту фенилаланин в тирозин, являющийся заменимой аминокислотой при условии достаточного поступления фенилаланина с пищей. Шикиматный путь частично или полностью утрачен также некоторыми микроорганизмами, живущими исключительно в богатых необходимыми веществами средах.

У бактерий три реакции, завершающие биосинтез фенилаланина, могут проходить как в цитозоле, так и в периплазматическом пространстве или экстрацеллюлярно.[13]

Начальные этапы шикиматного пути

В настоящее время известно два пути биосинтеза дегидрохинната — предшественника шикимата. Это классический путь через ДАГФ и обнаруженный позже у архей путь через ДКФФ.

Путь через ДАГФ

Наиболее распространённым в органическом мире и первым изученным путём образования дегидрохинната является путь его биосинтеза из эритрозо-4-фосфата и фосфоенолпирувата. Эритрозо-4-фосфат образуется преимущественно в системе транскетолазных и трансальдолазных реакций окислительного пентозофосфатного пути и фотосинтеза. Фосфоенолпируват образуется в процессе гликолитического распада углеводов и из оксалоацетата, а у ряда организмов — также одностадийно из пирувата. Сначала происходит взаимодействие по типу альдольной конденсации эритрозо-4-фосфата и фосфоенолпирувата с образованием семи́углеродного соединения 3-дезокси-D-арабино-гепт-2-улозонат-7-фосфат (ДАГФ, англ. DAHP, множество синонимов). Осуществляющий эту реакцию энзим — ДАГФ-синтаза (КФ 2.5.1.54) — представлен, как правило, несколькими изоформами; известно 2 класса. Далее ДАГФ претерпевает внутримолекулярную альдольную конденсацию (циклизацию), что даёт дегидрохиннат. Реакцию осуществляет энзим 3-дегидрохиннат-синтаза (КФ 4.2.3.4), требующая в качестве коэнзима NAD, который участвует в механизме реакции, потому как во время каталитического акта сначала происходит окисление, а в дальнейшем — восстановление гидроксильной группы при C5-атоме углерода молекулы ДАГФ (механизм, характерный и для других циклаз фосфорилированных углеводов [14]). Считается, что в реакцию ДАГФ вовлекается в полукетальной α-пиранозной форме (на схеме из некоторых соображений приведена только формула открытой кето-формы ДАГФ).

Путь биосинтеза дегидрохинната у эубактерий и эукариот

Описанный путь биосинтеза дегидрохинната характерен для бактерий, эукариот и части архей.

Путь через ДКФФ

У многих архей (представители классов Archaeoglobi, Halobacteria, Methanomicrobia, Methanobacteria, Methanococci, Methanopyri, а также типа Thaumarchaeota) активность ДАГФ-синтазы не была показана, а при исследовании их геномов не удалось выявить каких-либо ортологов генов ДАГФ-синтазы. Не было обнаружено и ортологов генов известного класса 3-дегидрохиннат-синтазы. Впоследствии выяснилось, что биосинтез дегидрохинната у этих организмов осуществляется другим путём. В экспериментах на Methanocaldococcus jannaschii установлено, что исходными соединениями служат D-глицеральдегид-3-фосфат, дигидроксиацетонфосфат, L-аспартат-4-се́миальдегид. D-глицеральдегид-3-фосфат и дигидроксиацетонфосфат (глицерон-фосфат) образуются в клетке разными путями, в том числе в системе транскетолазных, трансальдолазных реакций и в ходе гликолитического распада углеводов. L-аспартат-4-семиальдегид, также как и названные триозофосфаты, не является специфическим соединением данного метаболического пути, образуется восстановлением β-карбоксильной группы L-аспартата, является предшественником ряда протеиногенных аминокислот (метионина, треонина, изолейцина, а также лизина в одной из двух известных стратегий его биосинтеза). Отщепление фосфата от D-глицеральдегид-3-фосфата генерирует пирувальдегид (метилглиоксаль), который под влиянием фруктозо-1,6-дифосфат-альдолазы класса I (энзим с достаточно низкой субстратной специфичностью)[Поясн. 1] конденсируется с дигидроксиацетонфосфатом (вступает в реакцию в свободном виде либо в виде других субстратов альдолазы — D-фруктозо-1-фосфата или D-фруктозо-1,6-дифосфата) с образованием 6-дезокси-5-кетофруктозо-1-фосфата (ДКФФ, англ. DKFP). ДКФФ далее под влиянием другой родственной неспецифической альдолазы (КФ 4.1.2.13 / 2.2.1.10)[Поясн. 1] взаимодействует с L-аспартат-4-семиальдегидом с образованием 2-амино-3,7-дидезокси-D-трео-гепт-6-улозоната (сокр. англ. ADTH, синоним: 2-амино-2,3,7-тридезокси-D-ликсо-гепт-6-улозонат). Последнее соединение окислительно дезаминируется и циклизуется в дегидрохиннат под влиянием NAD-зависимого энзима дегидрохиннат-синтазы-II (КФ 1.4.1.-).[6] [7]

Путь биосинтеза дегидрохинната у большинства архей

Итак, возникающий в результате циклизации шестичленный карбоцикл в дальнейшем подвергается ароматизации (в большинстве случаев).

Дальнейшие превращения дегидрохинната

Дегидрохиннат может обратимо восстанавливаться NAD-, NADP- и PQQ-зависимыми дегидрогеназами в хиннат, роль в биосинтезе ароматических соединений которого обсуждается (у некоторых растений уже выявлен энзим хиннат-гидролиаза, дегидратирующий хиннат в шикимат, что создаёт возможность превращения дегидрохинната в шикимат через хиннат, а не только через дегидрошикимат путём, описанным ниже).[15] [16] Однако строго доказано, что на пути к предшественникам важнейших ароматических соединений если не необходимым, то по крайней мере основным этапом является обратимая дегидратация (стереохимия — 1,2-син-элиминирование) дегидрохинната в дегидрошикимат (энзим: 3-дегидрохиннат-дегидратаза (КФ 4.2.1.10)). У ряда организмов дегидрошикимат окисляется NADP-зависимой дегидрогеназой в 3,5-дидегидрошикимат или под влиянием 3-дегидрошикимат-дегидратазы (КФ 4.2.1.-) может обратимо дегидратироваться в ароматическое соединение протокатехат (через эти стадии может идти образование галлата, пирокатехина, пирогаллола, флороглюцина, гидроксигидрохинона, прочих фенолов). Но на пути к наиболее важным ароматическим соединениям дегидрошикимат должен претерпеть ряд других химических изменений. Дегидрошикимат обратимо восстанавливается NAD-, NADP- и PQQ-зависимыми дегидрогеназами в шикимат, далее следует необратимая киназная реакция (энзим: шикимат-киназа (КФ 2.7.1.71), макроэргический донор фосфорильной группы — АТФ). Образовавшийся шикимат-3-фосфат взаимодействует с фосфоенолпируватом и образуется 5-карбоксивинил-шикимат-3-фосфат (энзим: ЕПШФ-синтаза, англ. EPSP synthase (КФ 2.5.1.19)). Две последние реакции рассматриваются как подготовительные для последующих реакций элиминирования, необходимых для завершения π-электронного секстета бензольного кольца (ароматизации). Необратимая реакция элиминирования фосфат-аниона даёт хоризмат (энзим: хоризмат-синтаза (КФ 4.2.3.5), кофактором которой является FMNred либо FADred, бифункциональные хоризмат-синтазы обладают к тому же NADred или NADPred-зависимой флавин-редуктазной активностью). Стереохимически реакция происходит как 1,4-анти-элиминирование, что предполагает механизм более сложный (предположительно радикальный, принимая во внимание структурные особенности субстрата и характер кофакторов), чем простое синхронное сопряжённое элиминирование, иначе происходило бы нарушение правил орбитальных взаимодействий.[17] В строгом смысле, собственно шикиматный путь образованием хоризмата завершается. От хоризмата расходятся по крайней мере семь путей, ведущих к ароматическим соединениям и родственным им хинонам (в приведённом ниже общем обзоре этих путей отражена основная биосинтетическая роль шикиматного пути).

Шикиматный путь. Дальнейшие превращения дегидрохинната

П р и м е ч а н и е  к  р и с у н к у: На схеме отмечены различные возможные биохимические превращения, обычно не все из которых реализуются в конкретных организмах. Отмечены наиболее важные биохимические превращения, но разнообразие возможных превращений не ограничивается лишь этими. Хотя некоторые отмеченные на схемах здесь и далее реакции принципиально обратимы (обратимость реакций отмечена в соответствии с KEGG Pathway), равновесие в физиологических условиях может быть практически нацело смещено в определённую сторону, что обусловлено термодинамическими и другими факторами. Каноническая часть шикиматного пути размещена в верхней трети рисунка.

В узком смысле шикиматный путь — каскад из 7-ми ферментативных реакций, приводящий к образованию хоризмата — общего предшественника ряда важнейших соединений. Краткая информация по этим реакциям сведена в таблицу, которая вынесена в приложение

Пути, расходящиеся от хоризмата

В живой природе выявлено не менее семи различных путей, расходящихся от хоризмата и приводящих к ароматическим соединениям, а также родственным им хинонам:

Известны и другие превращения хоризмата, например, присутствующая в его структуре эфирная связь может подвергаться гидролизу. Это путь к алициклическому соединению (1R,3R,4R)-3,4-дигидроксициклогексан-1-карбоксилату (предшественник-стартер в биосинтезе рапамицина, такролимуса и др.).[18] Аналогично может начинаться биосинтез циклогексилкарбонил-КоА (предшественник асукамицина, ω-циклогексил-жирных кислот и других соединений).

Путь через префенат

Изомеризация хоризмата в префенат происходит в результате [3,3]-сигматропной перегруппировки, по типу напоминающей перегруппировку Кляйзена (в более широком смысле — является перегруппировкой Кляйзена). Эта реакция способна происходить спонтанно (термически), подкисление среды и нагревание ускоряют её. Энзим хоризматмутаза (КФ 5.4.99.5) в физиологических условиях ускоряет реакцию в 2•106 раз.[17]

Реакция дегидратации-декарбоксилирования (механизм — сопряжённое элиминирование) префената приводит к фенилпирувату. Эта реакция в прямом направлении способна проходить спонтанно (термически), для её ускорения существуют энзимы: специфическая префенатдегидратаза (КФ 4.2.1.51) и неспецифическая карбоксициклогексадиенилдегидратаза (КФ 4.2.1.91). Обратимое переаминирование фенилпирувата приводит к протеиногенной аминокислоте фенилаланину.

Окислительное декарбоксилирование (окислитель — NADox или NADPox, энзимы — префенатдегидрогеназы) префената приводит к 4-гидроксифенилпирувату, обратимое переаминирование которого приводит к протеиногенной аминокислоте тирозину.

Известен также путь к фенилаланину и тирозину через арогенат (претирозин). Арогенат получается в результате переаминирования префената. Дегидратация-декарбоксилирование арогената приводит к фенилаланину, а окислительное декарбоксилирование (окислитель — NADox или NADPox) арогената приводит к тирозину. У зелёных растений и цианобактерий путь биосинтеза фенилаланина и (или) тирозина через арогенат обычно является преобладающим.

У некоторых организмов (мутанты Neurospora crassa и др.) найдены спиро-арогенат (лактамное производное арогената) и D-префениллактат (восстановленное по карбонилу производное префената), которые также склонны к ароматизации.[8]

У многих организмов, в том числе у животных и человека, есть энзим аэробная тетрагидробиоптерин-зависимая фенилаланин-4-монооксигеназа (синоним: фенилаланин-4-гидроксилаза, КФ 1.14.16.1), осуществляющий однонаправленное гидроксилирование фенилаланина в тирозин.

Пути образования протеиногенных аминокислот фенилаланина и тирозина из префената

Фенилпируват, 4-гидроксифенилпируват, фенилаланин, тирозин и продукты их обмена дают начало огромному множеству различных ароматических соединений (фенилпропаноиды, катехоламины, различные пептиды, многие алкалоиды (изохинолиновые, тропановые, протоалкалоиды), многие гликозиды (кумариновые, большинство известных цианогенных), коэнзимы PQQ и F420, лигнины, меланины и множество прочих). 4-Гидроксифенилпируват окисляется (с одновременной миграцией и декарбоксилированием кетокарбоксиэтильного заместителя) в гомогентизат, являющийся предшественником токоферолов, пластохинона. Бензоат, пара-гидроксибензоат, салицилат, протокатехат, фанилацетат, гидрохинон могут быть продуктами биодеградации соединений, синтезированных через префенат, помимо чего пара-гидроксибензоат, салицилат и гидрохинон могут быть синтезированы из хоризмата другими путями.

Путь через антранилат

Антранилат синтезируется из хоризмата энзимом антранилатсинтазой (КФ 4.1.3.27). Донором аминогруппы выступает амидный азот глутамина либо аммоний. Антранилатсинтаза требует присутствия ионов Mg2+. Антранилат является предшественником индола и протеиногенной аминокислоты триптофана. Три последних соединения являются предшественниками очень многих соединений: индольных, хинолиновых, хиназолиновых, акридоновых алкалоидов, бензоксазиноидов и др.

Путь биосинтеза протеиногенной аминокислоты триптофана

Пирокатехин (катехол) образуется в результате декарбоксилирования протокатехата, а также может быть синтезирован из антранилата, из салицилата.

Путь через антранилат близок к пути через 2-амино-4-дезоксихоризмат; эти пути рассматриваютя как самостоятельные, так как антранилат и 2-амино-4-дезоксихоризмат производятся из хоризмата разными энзимами.

Путь через 2-амино-4-дезоксихоризмат

Энзим 2-амино-4-дезоксихоризмат-синтаза (КФ 2.6.1.86) производит из хоризмата 2-амино-4-дезоксихоризмат (2-амино-2-дезоксиизохоризмат), открывая путь к структурным производным феназина. Донором аминогруппы выступает амидный азот глутамина. Далее происходит ферментативный гидролиз эфирной связи 2-амино-4-дезоксихоризмата, что даёт (5S,6S)-6-амино-5-гидроксициклогекса-1,3-диен-1-карбоксилат, который далее под влиянием транс-2,3-дигидро-3-гидрокси-антранилат-изомеразы (КФ 5.3.3.-) изомеризуется в (1R,6S)-6-амино-5-кетоциклогекса-2-ен-1-карбоксилат. Последнее соединение подвергается окислительной димеризации в (1R,6R)-1,2,5,5a,6,7-гексагидрофеназин-1,6-дикарбоксилат (энзим КФ 2.5.1.-). Спонтанная реакция декарбоксилирования приводит к (1R)-1,2,10,10a-тетрагидрофеназин-1-карбоксилату. Результатом дальнейших метаболических превращений этого соединения у бактерий является образование пигментов и антибиотиков феназинового ряда, в том числе незамещённого феназина, жёлтого феназин-карбоксилата, 2-гидроксифеназина, синего нефлуоресцирующего пигмента с антибиотической активностью пиоцианина (Pseudomonas aeruginosa), сафенамицинов, эсмеральдинов (димерные феназины).

Путь биосинтеза феназинового ядра

Структурные производные хиноксалина (бензпиразина) могут синтезироваться также из триптофана. Известен FMN-содержащий энзим (КФ 1.3.99.24), который окисляет 2-амино-4-дезоксихоризмат в 3-(карбоксивинилокси)-антранилат, включающийся в структуру некоторых ендииновых антибиотиков в процессе их биосинтеза. Прекурсоры ендииновых антибиотиков могут образовываться также и через антранилат.

Путь через 4-амино-4-дезоксихоризмат

Изомерный антранилату пара-аминобензоат синтезируется из хоризмата через 4-амино-4-дезоксихоризмат энзимом пара-аминобензоат-синтазой (КФ 2.6.1.85 + КФ 4.1.3.38), требующим присутствия ионов Mg2+. Донором аминогруппы выступает амидный азот глутамина. Пара-аминобензоат является предшественником коферментов ряда фолата (THF, THMPT и др.). Пара-аминобензоат и его метаболические производные являются стартерными единицами в биосинтезе некоторых антибиотиков (кандицидин-D, хачимицины (трихомицин), леворин и др.), остаток пара-аминобензоата входит в состав антибиотиков пликацетин, норпликацетин, амицетин, бамицетин и др. Спонтанный или энзиматический гидролиз эфирной связи 4-амино-4-дезоксихоризмата приводит к (3R,4R)-4-амино-3-дигидроксициклогекса-1,5-диен-1-карбоксилату. У некоторых микроорганизмов выявлен энзим, катализирующий аналогичную хоризматмутазной [3,3]-сигматропную перегруппировку 4-амино-4-дезоксихоризмата в 4-амино-4-дезоксипрефенат.[13] Эта реакция составляет этап биосинтеза непротеиногенной аминокислоты пара-аминофенилаланин. Пара-аминофенилаланин — рекурсор нескольких известных антибиотиков, из него образуются 4-(диметиламино)-фенилаланин (остаток входит в структуру некоторых циклических пептидных антибиотиков, например, пристинамицина-IA),[19] пара-нитрофенилсеринол (предшественник хлорамфеникола).[20]

Превращения 4-амино-4-дезоксихоризмата

Путь через пара-гидроксибензоат

Хоризмат-пируват-лиаза (КФ 4.1.3.40) катализирует реакцию элиминирования пирувата из хоризмата, что приводит к пара-гидроксибензоату. Это не единственный способ биосинтеза пара-гидроксибензоата, который может также образовываться из фенилаланина и тирозина через гликозидов, шиконина и прочих соединений.

Биосинтез убихинона

Путь через изохоризмат

Хоризмат-гидроксимутаза (изохоризмат-синтаза, КФ 5.4.4.2) осуществляет обратимую изомеризацию хоризмата в изохоризмат. Изохоризмат является предшественником салицилата, 2,3-дигидроксибензоата (предшественник сидерофорных соединений, таких, как энтеробактины), сукцинилбензоата (предшественник менахинонов, филлохинонов, а также ализарина, лавсона, юглона, люцидина, дунниона, моллугина), множества прочих соединений. Из изохоризмата салицилат синтезируется путём элиминирования пирувата (основной, но не единственный способ биосинтеза салицилата). Известен как перициклический, так и не перициклический механизмы этой реакции, описано оба соответствующих типа ферментативной активности.[21] [22] У некоторых организмов известен энзим (изохоризмат-мутаза), катализирующий [3,3]-сигматропную перегруппировку изохоризмата в изопрефенат.[13] Из изопрефената образуются непротеиногенные аминокислоты мета-карбоксифенилаланин и мета-карбокситирозин — вторичные метаболиты высших растений (Nicotiana silvestria).

Превращения изохоризмата

Путь через футалозин

Биоинформатический анализ секвенированных геномов привёл к обнаружению у некоторых прокариот (Streptomyces spp., Helicobacter pylori, Campylobacter jejuni) другого пути от хоризмата к менахинонам. В начале этого пути в ходе ферментативной реакции из хоризмата, инозина (аденозина) и фосфоенолпирувата образуется футалозин (аминодезоксифуталозин).[23]

Биосинтез нафтохинонов через футалозин

При синтезе менахинонов через изохоризмат и по футалозиновому пути наблюдается разный характер включения в структуру групп атомов, составляющих скелеты исходных соединений (в этих путях второй (хиноидный) карбоцикл достраивается к карбоциклу хоризмата с разных сторон).

Неароматические продукты шикиматного пути

Шикиматный путь является специализированным путём биосинтеза ароматических соединений, но может быть рассмотрен как источник ряда неароматических. В основном это соединения, образующиеся из ароматических продуктов шикиматного пути в результате утраты ими ароматичности. Примером может служить диен-изоцианидный антибиотик (продуцирует Trichoderma hamatum), предшественником которого является тирозин:

Схема пути биосинтеза диен-изоцианида из тирозина

Ещё пример: фенилацетат (продукт метаболических превращений фенилпирувата и фенилаланина) — биосинтетический предшественник некоторых структурных производных циклогептана (ω-циклогептил-жирных кислот).

В других случаях бензольные кольца шикиматного происхождения могут утрачивать ароматичность без разрушения или перестройки углеродного скелета. Так, цианобактериальный дипептид радиозумин, состоит из модифицированных остатков аминокислот, предположительно являющихся метаболическими производными пара-аминофенилаланина с частично гидрированными кольцами.[24] В то же время установлено, что собственные биосинтетические пути разнообразных неароматических структурных производных ароматических аминокислот, таких как 2,5-дигидро-тирозин, 2,5-дигидро-фенилаланин, тетрагидро-тирозин, тетрагидро-фенилаланин, 2,5-дигидро-стильбен, 2-карбокси-6-гидрокси-октагидроиндол (структурный компонент цианобактериального пептида эругинозина), антикапсин (предшественник бацилизина), исходят от префената. Известен энзим, префенат-декарбоксилаза, декарбоксилирующий префенат без сопутствующей дегидратации или окисления, что позволяет избежать ароматизации, характерной для более известных метаболических превращений префената. Кетомицин (антибиотик алициклической структуры) также образуется из префената.

Известны также неароматические продукты, синтезируемые из промежуточных неароматических соединений шикиматного пути. В качестве примера таких продуктов можно назвать микоспорины (микоспорин-подобные аминокислоты), которые обнаруживаются в таксономически разнообразных морских, пресноводных и наземных организмах. Один из метаболических путей, приводящих к микоспоринам, ответвляется от шикиматного пути на уровне дегидрохинната. Этот путь установлен в экспериментах с аскомицетом Trichothecium roseum. Другой выявленный (цианеи: Nostoc punctiforme, Chlorogloeopsis sp.) путь биосинтеза микоспоринов не использует промежуточные соединения шикиматного пути, но протекает с участием NpR 5600 (2-эпи-5-эпи-валиолон-синтаза) — гомолога 3-дегидрохиннат-синтазы. Исходным соединением является седогептулозо-7-фосфат — центральный метаболит, соединение, имеющее определённые черты структурного сходства с ДАГФ.[25]

Пути биосинтеза микоспоринов

Известны также продукты взаимодействия ароматических продуктов шикиматного пути с неароматическими промежуточными соединениями шикиматного же пути. Так, кофеоил-шикимат содержит одновременно остаток ароматической кофейной кислоты и неароматический карбоцикл шикимовой кислоты. Известным производным хинната аналогичного строения является хлорогенат.


Примеры природных соединений (вторичные метаболиты различных организмов), предшественники которых синтезируются шикиматным путём. Бензольные кольца и алициклические карбоциклы шикиматного происхождения оттенены цветом.

Термодинамический аспект

Термохимия и кинетика отдельных реакций шикиматного пути достаточно хорошо изучены. Проводились специальные термодинамические исследования и расчёты. Ниже — данные по отдельным реакциям.

1). Термодинамика ДАГФ-синтазной реакции [26] [27]

ФЕП(aq) + D-Э4Ф(aq) + H2O(1) = ДАГФ(aq) + Ф(aq)

(C3H2O6P)3−(aq) + (C4H7O7P)2−(aq) + H2O(l) = (C7H10O10P)3−(aq) + (HO4P)2−(aq)

Тепловой эффект реакции (изменение энтальпии системы, молярная энтальпия реакции), измеренный калориметрически при T = 298.15 K, pH = 8.18, Im = 0.090 моль/кг, Tris + HCl буфер; установившейся кажущейся константе равновесия K' > 1.4•103:

ΔrHm (cal) = −(67.7 ± 1.5) кДж/моль

Расчётная стандартная молярная энтальпия реакции (T = 298.15 K и Im = 0):

ΔrHɵm = −(70.0 ± 3.0) кДж/моль (~ −17 ккал/моль)

Расчётная стандартная молярная свободная энергия Гиббса реакции (T = 298.15 K и Im = 0):

ΔrGɵm ≈ −39 кДж/моль

Расчётная (\ K^\ominus = e^{-\Delta G_m^\ominus/RT}) константа равновесия (T = 298.15 K и Im = 0):

Kɵ ≈ 7•106

2). Термодинамика 3-дегидрохиннат-синтазной реакции [28] [27]

ДАГФ(aq) = DHQ(aq) + Ф(aq)

(C7H10O10P)3−(aq) = (C7H9O6)(aq) + (HO4P)2−(aq)

Тепловой эффект реакции, измеренный калориметрически (HEPES + NaOH буфер, T = 298.15 K, pH = 7.46, Im = 0.070 моль/кг):

ΔrHm (cal) = −(50.9 ± 1.1) кДж/моль

Расчётная стандартная молярная энтальпия реакции (T = 298.15 K и Im = 0):

ΔrHɵm = −(51.1 ± 4.5) кДж/моль (~ −12 ккал/моль)

Расчётная константа равновесия (T = 298.15 K и Im = 0):

K ≈ 2•1014

3). Термодинамика 3-дегидрохиннат-дегидратазной реакции [28] [27]

DHQ(aq) = DHS(aq) + H2O(1)

(C7H9O6)(aq) = (C7H7O5)(aq) + H2O(l)

Тепловой эффект реакции, измеренный калориметрически (HEPES + NaOH буфер, T = 298.15 K, pH = 7.42, Im = 0.069 моль/кг):

ΔrHm (cal) = 2.3 ± 2.3 кДж/моль

Расчётная стандартная молярная энтальпия реакции (T = 298.15 K и Im = 0):

ΔrHɵm = 2.3 ± 2.3 кДж/моль (~ 0,5 ккал/моль)

Расчётная константа равновесия (T = 298.15 K и Im = 0):

K = 4.6 ± 1.5

4). Термодинамика шикимат-дегидрогеназной реакции [27]

шикимат(aq) + NADP(aq) = дегидрошикимат(aq) + NADPH(aq)

На основе данных спектрофотометрии были получены следующие значения констант равновесия для этой реакции:

K' = 0.097 (T = 298.15 K, pH = 7.6)

K' = 0.18 (T = 303.15 K, pH = 7.8, Tris + HCl буфер)

K' = 0.175 (T = 303.15 K, pH = 7.9, Tris 0.067 моль/дм3 буфер)

K' = 0.036 (T = 303.15 K, pH = 7.0, Tris + HCl буфер)

K' = 0.0361 (T = 303.15 K, pH = 7.0, Tris 0.067 моль/дм3 буфер)

8). Термодинамика хоризматмутазной реакции [29] [30] [27]

хоризмат(aq) = префенат(aq)

Рассчитанные (при помощи теории молекулярных орбиталей) значения энергии активации хоризмата в газовой фазе:

Дианионная форма: 277.4 кДж/моль (конформация переходного состояния «кресло»), 282.8 кДж/моль (конформация «ванна»). Протонирование стабилизирует переходные формы: энергия активации для конформации «кресло» и конформации «ванна» диацидной формы принимает значения 247.3 кДж/моль и 248.5 кДж/моль соответственно, в водном растворе может снижаться до 86.6 кДж/моль. Так как различия значений энергии активации незначительны, определить преобладающий путь (через «кресло» или через «ванну») неферментативной конверсии хоризмата в префенат затруднительно. Обладая наибольшим сродством к определённому переходному состоянию, хоризматмутаза использует путь через «кресло».

Тепловой эффект реакции, измеренный калориметрически (T = 298.15 K):

ΔrHm (cal) = −(55.4 ± 2.3) кДж/моль (~ −13 ккал/моль)

Полученное при помощи квантовомеханических расчётов значение теплового эффекта (−46.4 кДж/моль) хорошо согласуется с экспериментально измеренным, что является подтверждением как достаточно глубокого понимания природы этой реакции, так и адекватности используемых для расчётов теоретических моделей.

Оценочное значение стандартной молярной энтропии реакции:

ΔrSɵm ≈ 3 Дж/моль•К

Расчётная стандартная молярная энергия Гиббса реакции (T = 298.15 K):

ΔrGɵm ≈ −56 кДж/моль

Расчётная константа равновесия:

K ≈ 7•109 (для конверсии хоризмат2−(aq) в префенат2−(aq) при T = 298.15 K). Для всех практических целей эта реакция может считаться необратимой, в то же время на схемах KEGG Pathway реакция помечена как обратимая.

Связь с другими метаболическими путями

Помимо очевидных связей с путями, производящими исходные соединения шикиматного пути, отдельными примерами можно осветить другого рода связи с другими метаболическими путями.

Некоторые соединения могут синтезироваться шикиматным путём, но этот путь для них не является единственным возможным путём биосинтеза.

Протокатехат у некоторых организмов может синтезироваться из дегидрошикимата(в основном при его катаболической утилизации). Протокатехат также является типичным метаболитом, образующимся в процессе биодеградации ароматических и гидроароматических соединений самого различного происхождения. К примеру, продукт поликетидного пути 6-метилсалицилат под влиянием 6-метилсалицилат-декарбоксилазы (КФ 4.1.1.52) декарбоксилируется в мета-крезол, который через серию реакций окисления метильной группы NADP-зависимыми дегидрогеназами может давать протокатехат.

Следует также отметить, что протокатехат является одним из основных продуктов неполной биодеградации таких соединений как толуол,[31] ПАУ,[32] бензойная,[33] фталевая и терефталевая [32] кислоты, некоторые азакрасители [34] и другие соединения. В процессе биодеградации ксилолов образование протокатехата не наблюдается.[35]

В растениях галлат образуется в реакциях пути шикимовой кислоты, но в грибах это соединение может быть синтезировано поликетидным путём.[3]

Другого рода взаимодействие метаболических путей можно отметить при синтезе иногда отдельно выделяемых так называемых соединений смешенного биосинтеза. В структуре многих природных соединений присутствуют бензольные кольца, синтезированные разными способами, в том числе шикиматным и поликетидным путями. Хорошо известный пример соединений такого типа — флавоноиды, у которых кольцо B — шикиматного происхождения, а кольцо А — формируется поликетидным путём.

Кроме биосинтетического шикиматного пути различают также хиннатный и шикиматный катаболические пути, ответственные за быструю утилизацию излишних количеств хинной, шикимовой и дегидрошикимовой кислот. Избыточный шикимат и хиннат, которые могут поступать в клетку экзогенно посредством специальных переносчиков, в результате обратимых реакций превращаются в дегидрошикимат, дегидратирующийся далее в протокатехат (эти реакции уже отмечались выше). Протокатехат далее деградирует до 3-кетоадипата, который затем распадается на субстраты цикла Кребса.

Гены и ферменты

Краткая информация по ферментам и катализируемым ими реакциям сведена в таблицу, которая вынесена в приложение

Гены прокариот, отвечающие за семь реакций, составляющих путь от эритрозо-4-фосфата и фосфоенолпирувата до хоризмата в большинстве случаев имеют название aro-гены (aroA, aroB, aroC, aroD, aroE, aroF, aroG, aroH, aroK, aroL, aroQ, aro1, aroB-1, aroB-2, aroDE, aroKB и некоторые другие). Гены, ответственные за образование фенилаланина и тирозина из хоризмата — phe- и tyr-гены (pheA, pheC, tyrA, tyrAa, tyrB и др.), соответственно, гены биосинтеза триптофана — trp-гены (trpА, trpB, trpC, trpD, trpE, trpF, trpG, trpCF, trpEG, trpGD и др.). Существенное значение для шикиматного пути могут иметь также гены quiA, quiB, qutE, qa-3, ydiB, shiA и некоторые другие. Определённые aro- phe- и trp- гены не имеют прямого отношения к рассматриваемым здесь биохимическим процессам, но косвенно влияют на них. К примеру, aroP — ген, ответственный за транспорт ароматических аминокислот, pheP — ген, кодирующий фенилаланин-специфичную пермеазу, pheS, pheT, tyrS, trpS — гены соответствующих аминоацил-тРНК-синтетаз (субъединиц в случае фенилаланиновой). Функция генов aroI, aroM (не путать с эукариотическим arom-супергеном) не установлена (по состоянию на сентябрь 1998 года). Для генов растений предлагалось название shk-гены.[16]

Гены шикиматного пути широко разбросаны по геному, и следуют в различном порядке даже у достаточно близких видов, как правило, не входят в состав единого регулона. В геноме архебактерии Halobacterium salinarum гены начальных этапов шикиматного пути (OE1472F — ген-паралог fba2 — fructose-bisphosphate aldolase, class I и OE1475F — ген 3-дегидрохиннат-синтазы) включены в триптофановый оперон.

Ферменты шикиматного пути во многих случаях являются многофункциональными. Эти белки — продукты слившихся генов. Среди ферментов шикиматного пути известны следующие бифункциональные белки:

  • 3-дегидрохиннат-синтаза/дегидрохиннат-дегидратаза (Rhizopus)
  • дегидрохиннат-дегидратаза/шикимат-дегидрогеназа (продукт гена aroDE Chlamydia, Treponema и др.)
  • шикимат-киназа/ЕПШФ-синтаза (Plasmodium)
  • шикимат-киназа/3-дегидрохиннат-синтаза (продукт гена aroKB Escherichia и др.)
  • хоризмат-синтаза/флавин-редуктаза (известен у многих аэробных организмов)
  • ДАГФ-синтаза/хоризматмутаза (продукт гена aroA-aroG Bacillus subtilis).

Трифункциональные белки:

  • 3-дегидрохиннат-синтаза/хоризмат-синтаза/флавин-редуктаза (NADPred-зависимая) (известен у Bacillus subtilis)

Также хорошо известны многофункциональные белки и среди ферментов дальнейших превращений хоризмата:

  • хоризматмутаза/префенатдегидратаза (продукт гена pheA Escherichia и др.)
  • хоризматмутаза/префенатдегидрогеназа (продукт гена tyrA Escherichia и др.)
  • антранилатсинтаза/антранилат-фосфорибозилтрансфераза (продукт гена trpGD Escherichia, Shigella, Citrobacter, Salmonella, Klebsiella, Enterobacter).
  • антранилатсинтаза/индол-3-глицерол-фосфат-синтаза (TRP3)
  • антранилатсинтаза/индол-3-глицерол-фосфат-синтаза/фосфорибозилантранилат-изомераза (TRP1)
  • индол-3-глицерол-фосфат-синтаза/фосфорибозилантранилат-изомераза (продукт гена trpCF)
  • триптофан-синтаза/фосфорибозилантранилат-изомераза (продукт гена trpBF)
  • пара-аминобензоат-синтаза/4-амино-4-дезоксихоризмат-лиаза (продукт гена pabBC)
  • тетрафункциональный белок PHYLLO (известен у растений, катализирует 4 последовательных реакции, в результате которых из хоризмата синтезируется сукцинилбензоат)
  • и др.

У эукариот (простейшие, грибы) известен цитоплазматический пентафункциональный белок arom (продукт arom-супергена), сочетающий в одной полипептидной цепи домены с 3-дегидрохиннат-синтазной (КФ 4.2.3.4), 3-фосфошикимат-1-карбоксивинил-трансферазной (КФ 2.5.1.19), шикимат-киназной (КФ 2.7.1.71), 3-дегидрохиннат-дегидратазной (КФ 4.2.1.10, тип I), и шикимат-дегидрогеназной (КФ 1.1.1.25) активностями (домены перечислены по порядку от N-конца). Таким образом, белок arom осуществляет все пять реакций на пути от ДАГФ к 5-карбоксивинил-шикимат-3-фосфату. Белок arom Rhizoctonia solani (возбудитель корневой гнили сельскохозяйственных растений) состоит из 1618 аминокислотных остатков и имеет массу 173 кДа, в полностью функциональном состоянии помимо других необходимых кофакторов содержит два иона цинка Zn2+.[36]

Для полноценного функционирования ферментной системы шикиматного пути нужно присутствие определённого набора кофакторов, в том числе двухзарядных ионов металлов (Mg2+, Ca2+, Mn2+, Fe2+, Co2+, Cu2+, Zn2+ и др.). Отдельные энзимы могут быть требовательны к присутствию в среде определённого иона, другие ионы могут оказывать ингибирующее влияние, в случае других энзимов эти ионы в определённой мере взаимозаменяемы. Ферменты, полученные из разных организмов, могут сильно отличаться по отношению к активирующим ионам. Например, дегидрохиннат-синтаза Pyrococcus furiosus проявляет максимальную активность в присутствии Cd2+ (в присутствии любого другого иона активность ниже или отсутствует), для дегидрохиннат-синтаз из других источников этого не наблюдалось.[37]

Практически все описанные ферменты собственно шикиматного пути (7 реакций) являются мономерными, либо представляют собой гомодимерные, гомотетрамерные, гомогексамерные белки с числом активных центров соответствующим числу субъединиц. Среди различных ферментов дальнейших превращений хоризмата встречаются гетеромерные белки.

Организация в геномах важнейших модельных организмов (подобраны наиболее эволюционно отдалённые организмы, выбраны наиболее детально изученные штаммы):

Расположение aro-генов в хромосоме (нуклеоид, кольцевая молекула ДНК, 4,6 млн пар нуклеотидов) Escherichia coli K-12:

aroP (транскрипция: ←, функция: транспорт ароматических аминокислот, расположение на карте: 2,6), aroL (→, шикимат-киназа, 8,7), aroM (→, функция неизвестна, 8,8), aroG (→, ДАГФ-синтаза, регулируемая фенилаланином, 16,9), aroA (→, ЕПШФ-синтаза, 20,7), aroT (—, indole acrylic acid resistant mutants, transport, 28,3), aroD (→, 3-дегидрохиннат-дегидратаза, 38,2), aroH (→, ДАГФ-синтаза, регулируемая триптофаном, 38,5), aroC (←, хоризмат-синтаза, 52,7), aroF (←, ДАГФ-синтаза, регулируемая тирозином, 59,0), aroE (←, дегидрошикимат-редуктаза, 73,9), aroKB (←, шикимат-киназа/3-дегидрохиннат-синтаза, 75,8), aroI (—, функция неизвестна, 84,2).[38]

Расположение генов шикиматного пути в хромосоме (нуклеоид, кольцевая молекула ДНК, 5842795 пар нуклеотидов) Microcystis aeruginosa NIES-843:

ccmA (транскрипция: →, функция: ДАГФ-синтаза, положение в хромосоме: 557559..558614), aroA (→, ЕПШФ-синтаза, 1380521..1381861), aroC (←, хоризмат-синтаза, 1707983..1709083), aroK (→, шикимат-киназа, 1927033..1927605), aroB (→, 3-дегидрохиннат-синтаза, 2361918..2363018), aroQ (←, 3-дегидрохиннат-дегидратаза, 2783501..2783974), aroE (→, шикимат-дегидрогеназа, 3416423..3417283).[39]

Расположение генов шикиматного пути в хромосоме (нуклеоид, линейная или псевдокольцевая молекула ДНК, 9025608 пар нуклеотидов) Streptomyces avermitilis MA-4680:

aroE (функция: шикимат-дегидрогеназа, положение в хромосоме: 2173767..2174642, complement), aroA (ЕПШФ-синтаза, 3800068..3801408), aroG (ДАГФ-синтаза, 7323905..7325257), aroD (дегидрохиннат-дегидратаза, 7538791..7539270), aroE (шикимат-дегидрогеназа, 8180666..8181502), aroC (хоризмат-синтаза, 8181892..8183076), aroK (шикимат-киназа, 8183073..8183588), aroB (3-дегидрохиннат-синтаза, 8183585..8184676).[40]

Расположение генов шикиматного пути в хромосоме (нуклеоид, кольцевая молекула ДНК, 4093599 пар нуклеотидов) Bacillus subtilis BSn5:

BSn5_01775 (транскрипция: ←, функция: ЕПШФ-синтаза, положение в хромосоме: 345012..346298), aroB (←, 3-дегидрохиннат-синтаза, 355073..356161), BSn5_01830 (←, хоризмат-синтаза/флавин-редуктаза, 356161..357333), aroD (←, дегидрохиннат-дегидратаза, 389768..390535), BSn5_02785 (←, дегидрохиннат-дегидратаза, 518894..519340), aroE (←, шикимат-дегидрогеназа, 622722..623564), BSn5_05730 (←, ДАГФ-синтаза/хоризматмутаза, 1053966..1055042), aroK (→, шикимат-киназа, 2554497..2555057).[41]

Расположение генов шикиматного пути в хромосоме (нуклеоид, кольцевая молекула ДНК, 1664970 пар нуклеотидов) Methanocaldococcus jannaschii DSM 2661:

MJ_0246 (транскрипция: ←, функция: хоризматмутаза, положение в хромосоме: 233695..233994), MJ_0400 (→, ortholog fructose-bisphosphate aldolase, 361590..362411), MJ_0502 (→, ЕПШФ-синтаза, 443159..444448), MJ_1084 (aroE) (→, шикимат-дегидрогеназа, 1022757..1023605), MJ_1175 (←, хоризмат-синтаза, 1113783..1114919), MJ_1249 (→, 3-дегидрохиннат-синтаза, 1191364..1192449), MJ_1440 (→, шикимат-киназа, 1407283..1408131), MJ_1454 (aroD) (←, 3-дегидрохиннат-дегидратаза, 1423963..1424625).[42]

Расположение генов шикиматного пути в хромосоме (нуклеоид, кольцевая молекула ДНК, 1669696 пар нуклеотидов) Aeropyrum pernix K1:

aroC (транскрипция: ←, функция: хоризмат-синтаза, положение в хромосоме: 384859..386001), aroA (←, ЕПШФ-синтаза, 385991..387274), aroK (←, шикимат-киназа, 387262..388104), aroE (←, шикимат-дегидрогеназа, 388104..388925), aroD (←, дегидрохиннат-дегидратаза, 388922..389590), aroB (←, 3-дегидрохиннат-синтаза, 389597..390673), aroG (←, ДАГФ-синтаза, 390655..391467), aroA (←, ЕПШФ-синтаза, 892465..893724).[43]

Расположение генов шикиматного пути в хромосомах Saccharomyces cerevisiae S288c (гаплоидное число хромосом — 16):[44]

Ген Продукт (функция) Хромосома Размер всей хромосомы
(пар нуклеотидов)
Положение гена
в хромосоме
Смысловая
цепь
Интроны
ARO3 ДАГФ-синтаза IV 1 531 933 521816..522928
ARO4 ДАГФ-синтаза II 813 184 716882..717994 complement
ARO1 Пентафункциональный белок arom IV 1 531 933 704484..709250
ARO2 Хоризмат-синтаза VII 1 090 940 226399..227529
ARO7 Хоризмат-мутаза XVI 948 066 674861..675631 complement


Расположение генов шикиматного пути в хромосомах Populus trichocarpa (гаплоидное число хромосом — 19):[45]

Ген Продукт (функция) Хромосома Размер всей хромосомы
(пар нуклеотидов)
Положение гена
в хромосоме
Смысловая
цепь
Интроны
DHS3 ДАГФ-синтаза LGII 24 482 572 7115794..7120328 +
DHS1 ДАГФ-синтаза LGV 17 991 592 1074502..1077390 complement +
DHS4 ДАГФ-синтаза LGV 17 991 592 9061181..9065741 complement +
DHQS6:DHQS7 3-дегидрохиннат-синтаза … NW_001492764.1 complement + (Оба возможных транскрипта)
DHQD1 дегидрохиннат-дегидратаза/шикимат-дегидрогеназа … NW_001492761.1 +
DHQD2 дегидрохиннат-дегидратаза/шикимат-дегидрогеназа LGXIII 13 101 108 1974817..1978681 complement +
DHQD3 дегидрохиннат-дегидратаза/шикимат-дегидрогеназа LGXIII 13 101 108 1981754..1986754 complement +
DHQD4 дегидрохиннат-дегидратаза/шикимат-дегидрогеназа LGX 21 101 489 4580304..4584686 +
DHQD5 дегидрохиннат-дегидратаза/шикимат-дегидрогеназа LGXIV 14 699 529 6220933..6226210 +
SK1 шикимат-киназа … NW_001492757.1 complement +
SK2 шикимат-киназа LGV 17 991 592 1995576..1998169 complement +
SK3 шикимат-киназа LGVII 12 805 987 5135260..5138431 complement +
SKp шикимат-киназа LGII 24 482 572 4138794..4141592 complement +
EPSPS ЕПШФ-синтаза LGII 24 482 572 10940242..10944837 +
CS1 хоризмат-синтаза LGVIII 16 228 216 2073382..2077810 complement +
CS2 хоризмат-синтаза LGX 21 101 489 19004168..19008214 +


Известны и псевдогены. У не имеющей шикиматного пути лактобактерии Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus ATCC 11842, например, есть псевдогены aroA(pseudo), aroC(pseudo), aroK(pseudo).

Регуляция

Регуляция шикиматного пути осуществляется посредством контроля синтеза ключевых энзимов и путём регуляции активности этих энзимов. Механизмы регуляции шикиматного пути наиболее полно изучены на микроорганизмах.

Репрессию синтеза ДАГФ-синтазы на транскрипционном уровне могут вызывать фенилаланин, тирозин и триптофан. Репрессии подвержены гены aroG, aroF, aroH по отдельности либо одновременно.

У большинства микроорганизмов (Escherichia coli, Erwinia, Methylobacillus capsulatus) ДАГФ-синтаза представлена тремя изозимами, каждый из которых подвержен ретроингибированию одной из трёх аминокислот — фенилаланином (ДАГФ-синтаза-[Phe]), тирозином (ДАГФ-синтаза-[Tyr]) и триптофаном (ДАГФ-синтаза-[Trp]). Доминантным энзимом является ДАГФ-синтаза-[Phe], обеспечивающая 80 % активности. У Pseudomonas ДАГФ-синтаза представлена двумя изозимами (ДАГФ-синтаза-[Tyr], ДАГФ-синтаза-[Trp]), доминантным является ДАГФ-синтаза-[Tyr]. У многих микроорганизмов ингибирующую активность помимо трёх аминокислот проявляют также фенилпируват и антранилат.[46]

Фенилаланин, тирозин и триптофан помимо влияния на начальный этап шикиматного пути задействованы также в регуляции более поздних этапов собственного биосинтеза и биосинтеза друг друга. Триптофановый оперон, объединяющий гены энзимов, ответственных за путь от хоризмата к триптофану, регулируется триптофаном посредством репрессии, и феномена, получившего название аттенуации.[47] Активность энзимов, кодируемых триптофановым опероном, подвержена регуляции триптофаном по типу обратной связи. У многих микроорганизмов триптофан оказывает регулирующее влияние также на биосинтез фенилаланина и тирозина. Синтез хоризматмутазы у некоторых микроорганизмов репрессируется фенилаланином, который, однако, стимулирует её активность. Ингибиторами префенатдегидратазы у различных микроорганизмов могут выступать фенилаланин, тирозин, триптофан.

Помимо триптофанового оперона аттенуация показана также для так называемого фенилаланинового оперона (У Escherichia coli он двухцистронный: pheL pheA).

Доказано также, что у некоторых организмов значительное регуляторное влияние на энзимы шикиматного пути могут оказывать и продукты шикиматного пути, являющиеся вторичными метаболитами (например, феназиновые соединения у производящих их бактерий).

Системы регуляторных механизмов на примерах конкретных организмов:[48]

Escherichia coli:

Репрессия:

Фенилаланин репрессирует синтез ДАГФ-синтазы-[Phe] и хоризматмутазы/префенатдегидратазы (в экспрессии оперона pheL pheA наблюдается аттенуация, лидерный пептид PheL: MKHIPFFFAFFFTFPstop). Тирозин репрессирует синтез ДАГФ-синтазы-[Tyr] и хоризматмутазы/префенатдегидрогеназы (гены этих ферментов находятся в одном опероне). Триптофан репрессирует синтез ДАГФ-синтазы-[Trp] и ферментов триптофанового оперона.

Ген шикимат-киназы aroL у Escherichia coli подвержен транскрипционному контролю тирозином.[49]

Ингибирование:

Фенилаланин аллостерически ингибирует активность ДАГФ-синтазы-[Phe] и хоризматмутазы/префенатдегидратазы. Тирозин аллостерически ингибирует активность ДАГФ-синтазы-[Tyr] и хоризматмутазы/префенатдегидрогеназы. Триптофан аллостерически ингибирует активность ДАГФ-синтазы-[Trp] и антранилатсинтазы/антранилат-фосфорибозилтрансферазы.

Шикимат-дегидрогеназа Escherichia coli аллостерически регулируется шикиматом.[49]

Bacillus subtilis:

Репрессия:

Фенилаланин и тирозин репрессируют синтез ДАГФ-синтазы/хоризматмутазы. Фенилаланин репрессирует синтез префенатдегидратазы, тирозин — префенатдегидрогеназы, триптофан — ферментов триптофанового оперона.

Индукция:

Хоризмат индуцирует синтез ферментов триптофанового оперона.

Ингибирование:

Хоризмат и префенат аллостерически ингибируют активность ДАГФ-синтазы. Фенилаланин аллостерически ингибирует префенатдегидратазу, тирозин — префенатдегидрогеназу, триптофан — антранилатсинтазу.


У Euglena gracilis ключевые реакции шикиматного пути при освещении протекают в хлоропластах, а в отсутствие света — в цитозоле. Это свойство связывают с очевидной рациональностью такой подстройки метаболизма под соответствующие условия освещения (исходные и макроэргические соединения, восстановительные эквиваленты легко образуются в процессе фотосинтеза). За цитозольный и хлоропласт-локализованный варианты шикиматного пути ответственны разные гены и, соответственно, разные изозимы.[50]

Эволюция

Продуктами шикиматного пути являются протеиногенные аминокислоты и предшественники важнейших кофакторов; шикиматный путь достаточно консервативен, выявлен у наиболее эволюционно отдалённых организмов — представителей трёх доменов (бактерии, археи, эукариоты) и, по-видимому, не имеет альтернативы. Эти факты указывают на то, что эта система химических превращений в близком к современному виде сформировалась на заре эволюции более 3 млрд лет назад, а зародилась, вероятно, ещё до становления генетического кода. Факт специфичности для большинства архей иных начальных этапов шикиматного пути, имеющих лишь некоторые черты сходства с начальными этапами шикиматного пути бактерий и эукариот, становится в ряд с множеством других существенных отличительных признаков и согласуется с представлениями об очень раннем эволюционном обособлении этой группы живых организмов.

Представляется вполне вероятным то, что эукариоты унаследовали шикиматный путь (в том числе распространённый только среди эукариот пентафункциональный белок arom) от последнего общего эукариотического предка, затем частью эукариот (Metazoa) шикиматный путь был безвозвратно утрачен в связи с гетеротрофностью, а другой частью (Plantae) он был утрачен и повторно приобретён путём симбиоза с цианобактериями, давшими, как полагают, начало пластидам. Кодирование энзимов шикиматного пути ядерным геномом растений, объясняется эндосимбиотическим переносом генов. Эволюционная история шикиматного пути в грибах, так же как и в растениях, видимо, была под влиянием событий горизонтального переноса прокариотических генов.[50]

Не исключено также, что arom-суперген мог ещё не существовать во времена последнего общего эукариотического предка. В этом случае аrom-суперген, очевидно являясь очень ранней эукариотической инновацией, должен был быть распространён путём горизонтального переноса генов на самых ранних этапах эволюции эукариот.[50]

Гены и продукты этих генов, как известно, являются эволюционирующими образованиями. Изучение различий в структурах генов и энзимов шикиматного пути, а также различия в его регуляторных механизмах даёт ценную информацию для построения кладограмм. К примеру, изозимный состав ДАГФ-синтазы используется как филогенетический маркер. Заслуживают особого внимания многофункциональные белки — продукты слившихся генов. Слияние генов — относительно редкое эволюционное событие, а слившиеся гены достаточно устойчивы и не склонны к повторному реверсивному обособлению, поэтому слившиеся гены — маркеры, позволяющие уточнить филогенетические взаимоотношения таксонов на различных иерархических уровнях. Для исследователей происхождения и эволюционных взаимоотношений эукариот особенно привлекателен arom-суперген.[50]

Родственные метаболические пути

Гомологи ферментов шикиматного пути участвуют в других метаболических процессах (обмен углеводов и синтез вторичных метаболитов). Аминошикиматный путь — этот путь, имеющий значение для синтеза определёнными актиномицетами некоторых вторичных метаболитов (рифамицины, нафтомицины, стрептоварицин, гельданамицин, ансамитоцины, ансатриенины, митомицины и другие), эволюционно произошёл от шикиматного (отдельные ферменты гомологичны ферментам шикиматного пути и осуществляют похожие реакции).

Аминошикиматный путь

Практическое значение

Изучение шикиматного пути, его регуляторных механизмов, а также сопряжённое с этим получение, изучение и отбор различных мутантов позволило выявить «рычаги управления» и создать качественные штаммы-продуценты ароматических аминокислот и других ценных соединений.[49]

Шикиматный путь отсутствует у Metazoa, но некоторые патогенные для животных микроорганизмы не способны обходиться без его протекания. Поэтому шикиматный путь — потенциальная цель в борьбе с этими патогенами. In vitro было показано, что фторшикиматные аналоги тормозят рост Plasmodium falciparum.[50] К тому же, на основе болезнетворных микроорганизмов, ослабленных блокировкой шикиматного пути, возможно приготовление вакцин.

Конкурентный ингибитор растительной ЕПШФ-синтазы — N-(фосфонометил)-глицин (глифосат) — широко используется в качестве неселективного системного гербицида. Известно, что ЕПШФ-синтазы ряда организмов (штаммы Agrobacterium tumefaciens, Salmonella typhimurium, Klebsiella pneumoniae и др.) практически не ингибируются глифосатом. Это стало предпосылкой для создания специальных генетически модифицированных культур, достаточно резистентных к действию гербицидов на основе глифосата. Эффективность борьбы с сорняками на посевах таких культур значительно повышается (обычно имеется в виду повышение урожайности, но не снижение расхода глифосата). Установлено, что глифосат может понижать активность ещё двух ферментов шикиматного пути: ДАГФ-синтазы и дегидрохиннат-синтазы, а также оказывать некоторое влияние на активность ещё нескольких ферментов других метаболических процессов.[8]

Интересные факты

Кодоны, кодирующие аминокислоты, относящиеся к семейству шикимата (синтезируемые шикиматным путём), начинаются с U (матричная РНК, 5´→3´). Кодоны фенилаланина — UUU, UUC, кодоны тирозина — UAU, UAC, кодон триптофана — UGGмитохондриях — ещё и UGA, являющийся в стандартном варианте генетического кода стоп-кодоном). Как правило, аминокислоты, порождаемые одним метаболическим путём, кодируются кодонами с одинаковым нуклеотидом на 5´-конце. Вероятность случайности подобной организации генетического кода достаточно низка, поэтому вполне обоснованны попытки найти объяснение. Указанный факт находит это объяснение в рамках теории коэволюции генетического кода и путей биосинтеза аминокислот, ставших протеиногенными аминокислотами.

Прочие факты и аспекты

Американская музыкальная группа из Беллингхэма, «Portals Align», играющая в жанре грув-метал, инструментальная музыка, прогрессивный рок, экспериментальная музыка, джент, в ноябре 2011 года записала музыкальную композицию с названием «Shikimate Pathway», на YouTube был опубликован соответствующий видеоклип.[51] Не менее любопытна также дабстеп-композиция «Shikimat» от «Toneless Bombast». На статичной заставке в клипе различимы нарисованные от руки формулы и надписи, имеющие отношение к шикиматному пути.[52]

См. также

Наиболее известные бензоидные ароматические продукты других путей:

  • Тетрагидроканнабинол — пример природного бензоидного ароматического соединения, биосинтез бензольного ядра которого происходит не шикиматным путём, а поликетидным. Второй карбоцикл (пренильного просхождения) молекулы тетрагидроканнабинола может ароматизоваться с образованием системы бифенила, что даёт молекулу каннабинола.
  • Гиперицин — пример природного бензоидного ароматического соединения, образованного путём окислительной конденсации антроновой и антрахиноновой единиц поликетидного происхождения.
  • Рибофлавин — важный пример природного бензоидного ароматического соединения, биосинтез которого не связан с шикиматным путём. Бензольное ядро рибофлавина строится в две реакции (обе способны происходить спонтанно в относительно мягких условиях) [3] из L-3,4-дигидроксибутан-2-он-4-фосфата (1-дезокси-L-глицеро-тетрулозо-4-фосфата), генерируемого из D-рибулозо-5-фосфата.
  • Эстрадиол — пример бензоидного ароматического соединения, биосинтез бензольного ядра которого осуществляется не специализированным шикиматным путём, а в результате ароматизации, спорадически встречающейся среди метаболических превращений биогенных соединений самых различных типов. В метаболизме изопреноидных соединений, к которым относятся и стероиды, известно довольно много реакций ароматизации.

Приложение

Реакции шикиматного пути
Субстраты Продукты Энзим Кофакторы Тип реакции Комментарий
1 Фосфоенолпируват + D-эритрозо-4-фосфат + вода
ДАГФ + ортофосфат ДАГФ-синтаза M2+ Альдольная конденсация C4+C3→C7. Лимитирующая стадия
2 ДАГФ
Дегидрохиннат + ортофосфат Дегидрохиннат-синтаза NADox, M2+ Альдольная конденсация Замыкается цикл
3 Дегидрохиннат
Дегидрошикимат + вода Дегидрохиннат-дегидратаза
(дегидрохинназа)
Элиминирование
(дегидратация)
В цикле появляется двойная связь
4 Дегидрошикимат + NADPH + H+
Шикимат + NADP+ Шикимат-дегидрогеназа
(дегидрошикимат-редуктаза)
Восстановление
(гидрирование)
>C=O→>CH—OH
5 Шикимат + АТФ
Шикимат-3-фосфат + АДФ Шикимат-киназа (M2+) Фосфорилирование —OH-группа модифицируется
6 Шикимат-3-фосфат + фосфоенолпируват
ЕПШФ + ортофосфат ЕПШФ-синтаза (M+ или NH4+) Конденсация —OH-группа модифицируется
7 ЕПШФ
Хоризмат + ортофосфат Хоризмат-синтаза FMNred либо FADred Элиминирование В цикл вводится вторая двойная связь


Годы открытия некоторых наиболее важных соединений, являющихся исходными, промежуточными соединениями шикиматного пути, а также продуктами шикиматного пути.
Соединение Год Исследователь
Фосфоенолпируват 1934 K. Lohmann, O. Meyerhof [53] [54]
Эритрозо-4-фосфат 1953 B. L. Horecker, P. Z. Smyrniotis [55] [56]
     
     
     
     
     
Соединение Год Исследователь
ДАГФ 1959 (1958) P. R. Srinivasan, D. B. Sprinson [57]
3-Дегидрохиннат 1953 B. D. Davis, U. Weiss, E. S. Mingioli [58] [59]
3-Дегидрошикимат 1951 B. D. Davis, I. I. Salamon [60] [61] [62]
Шикимат 1885 (1884) J. F. Eykman [63] [64]
Фосфошикимат 1953 B. D. Davis, E. S. Mingioli, U. Weiss [65] [66]
ЕПШФ 1960 (1953) J. G. Levin, D. B. Sprinson, M. J. Clark [65] [67]
Хоризмат 1963 Frank Gibson, Lloyd Jackman [68]
Соединение Год Исследователь
Префенат 1954 B. D. Davis, U. Weiss и др.[69]
Арогенат 1974 S. L. Stenmark и др.[70]
Антранилат 1840 Ю. Ф. Фрицше
Фенилаланин 1881 (1879) Э. Шульце, Й. Барбьери [71] [72]
Тирозин 1846 Юстус фон Либих [71]
Триптофан 1902 (1901) Ф. Гопкинс, Д. Кол [71] [72]
     

Пояснения

  1. 1 2 При исследвании генома гипертермофильной метаногенной археи Methanocaldococcus jannaschii (усиленно изучающийся модельный организм; первая архея, геном которой был полностью секвенирован) было выявлено, что гены MJ_0400 и MJ_1585 — паралоги и гомологичны гену фруктозо-1,6-дифосфат-альдолазы архейного типа класса I. Функция продуктов этих генов оставалась невыясненной и была оценена как «предположительно белок, вероятно альдолаза». В некоторых научных публикациях априори считалось, что ген MJ_0400 детерминируюет фруктозо-1,6-дифосфат-альдолазу. Далее выяснилось, что продукт гена MJ_1585 образует ДКФФ, а продукт гена MJ_0400 осуществляет взаимодействие ДКФФ с L-аспартат-4-семиальдегидом. То есть продукты генов MJ_1585 и MJ_0400 осуществляют следующие друг за другом альдолазную и трансальдолазную реакции в процессе биосинтеза дегидрохинната. Позже было установлено, что продукты этих генов проявляют (не утратили) также и фруктозо-1,6-дифосфат-альдолазную активность (свойственна некоторая субстратная неразборчивость). Таким образом, экспериментальные данные говорят о том, что MJ_0400 и MJ_1585 участвуют как в центральном углеводном метаболизме, так и в шикиматном пути. Фруктозо-1,6-дифосфат-альдолазой/фосфатазой является также продукт гена MJ_0299. Ортологи генов MJ_0299, MJ_0400, MJ_1585 идентифицированы в геномах множества других архей.

Примечания

  1. Блажей А., Шутый Л. Фенольные соединения растительного происхождения = Rastlinné fenolové zlúčeniny / Перевод со словацкого А. П. Сергеева. — М.: «Мир», 1977. — С. 14. — 239 с.
  2. 1 2 Bernard David Davis Aromatic Biosynthesis I. The Role of Shikimic Acid (англ.) // Journal of Biological Chemistry : Научный журнал. — 1951. — Т. 191. — С. 315—326.
  3. 1 2 3 4 5 Мецлер Д. Биохимия. Химические реакции в живой клетке = Biochemistry. The chemical reactions of living cells / Перевод с английского под ред. акад. А. Е. Браунштейна, д-ра хим. наук Л. М. Гинодмана, д-ра хим. наук Е. С. Северина. — М.: «Мир», 1980. — Т. 3. — 488 с. — 25 000 экз.
  4. Bernard David Davis (1916–1994) — A Biographical Memoir by Werner K. Maas [1]
  5. Historical Records of Australian Science, 2010, 21, 55—74
  6. 1 2 Robert H. White L-Aspartate Semialdehyde and a 6-Deoxy-5-ketohexose 1-Phosphate Are the Precursors to the Aromatic Amino Acids in Methanocaldococcus jannaschii (англ.) // Biochemistry : Научный журнал. — 2004. — Т. 43. — № 23. — С. 7618—7627.
  7. 1 2 Robert H. White, Huimin Xu Methylglyoxal is an intermediate in the biosynthesis of 6-deoxy-5-ketofructose-1-phosphate: a precursor for aromatic amino acid biosynthesis in Methanocaldococcus jannaschii (англ.) // Biochemistry : Научный журнал. — 2006. — Т. 45. — № 40. — С. 12366—12379. — DOI:10.1021/bi061018a
  8. 1 2 3 Ronald Bentley The shikimate pathway — a metabolic tree with many branches (англ.) // Critical Reviews in Biochemistry and Molecular Biology : Научный журнал. — 1990. — Т. 25. — № 5. — С. 307—384. — DOI:10.3109/10409239009090615
  9. Национальный институт биоразнообразия им. А.В.Ферсмана, Лаборатория фитоинвазий: Фенольные соединения [2]
  10. Plant Biochemistry
  11. Linus Pauling How to Live Longer and Feel Better. — W. H. Freeman and Company, 1986. — ISBN 0-380-70289-4
  12. Семёнов А. А. — «Очерк химии природных соединений»; Новосибирск, «Наука», 2000 г.
  13. 1 2 3 The emerging periplasm-localized subclass of AroQ chorismate mutases, exemplified by those from Salmonella typhimurium and Pseudomonas aeruginosa [3]
  14. Xiumei Wu Functional Analysis of the Biosynthetic Gene Cluster of the Antitumor Agent Cetoniacytone A. — ProQuest, 2008.
  15. Leuschner C., Herrmann K. M., Schultz G. The Metabolism of Quinate in Pea Roots (Purification and Partial Characterization of a Quinate Hydrolyase) (англ.) // Plant Physiology : Научный журнал. — 1995. — Т. 108. — № 1. — С. 319–325. — DOI:10.1104/pp.108.1.319
  16. 1 2 Klaus M. Herrmann The Shikimate Pathway: Early Steps in the Biosynthesis of Aromatic Compounds (англ.) // The Plant Cell : Научный журнал. — 1995. — Т. 7. — С. 907—919. — DOI:10.1105/tpc.7.7.907
  17. 1 2 Мецлер Д. Биохимия. Химические реакции в живой клетке = Biochemistry. The chemical reactions of living cells / Перевод с английского под ред. акад. А. Е. Браунштейна, д-ра хим. наук Л. М. Гинодмана, д-ра хим. наук Е. С. Северина. — М.: «Мир», 1980. — Т. 2. — 609 с. — 25 000 экз.
  18. James Staunton, Barrie Wilkinson — «Biosynthesis of Erythromycin and Rapamycin»; Chemical Reviews, 1997, Vol. 97, No. 7, 2611—2629 [4]
  19. Tariq A. Mukhtar, and Gerard D. Wright — «Streptogramins, Oxazolidinones, and Other Inhibitors of Bacterial Protein Synthesis»; Chemical Reviews, 2005, 105 (2), 529—542 Chemical Reviews.pdf
  20. J. Wongtavatchai and other — «Chloramphenicol» [5]
  21. Michael S. DeClue, Kim K. Baldridge, Dominik E. Künzler, Peter Kast, and Donald Hilvert Isochorismate Pyruvate Lyase:  A Pericyclic Reaction Mechanism? (англ.) // Journal of the American Chemical Society : Научный журнал. — 2005. — Т. 127. — № 43. — С. 15002—15003. — DOI:10.1021/ja055871t
  22. Olivier Kerbarha, Dimitri Y. Chirgadzeb, Tom L. Blundellb, Chris Abell Crystal Structures of Yersinia enterocolitica Salicylate Synthase and its Complex with the Reaction Products Salicylate and Pyruvate (англ.) // Journal of Molecular Biology : Научный журнал. — 2006. — Т. 357. — № 2. — С. 524—534.
  23. Hiratsuka T., Furihata K., Ishikawa J., Yamashita H., Itoh N., Seto H., Dairi T. — «An alternative menaquinone biosynthetic pathway operating in microorganisms»; Science. 321 (2008) 1670-3. [6]
  24. Martin Welker & Hans von Döhren — «Cyanobacterial peptides — Nature’s own combinatorial biosynthesis»; Federation of European Microbiological Societies, Microbiol Rev 30, 2006, 530—563 [7]
  25. Jose I. Carreto and Mario O. Carignan — «Mycosporine-Like Amino Acids: Relevant Secondary Metabolites. Chemical and Ecological Aspects»; Marine Drugs 2011, 9, 387—446 [8]
  26. Tewari, Y. D., Kishore, N., Bauerle, R. H., LaCourse, W. R., Goldberg, R. N. — «Thermochemistry of the Reaction {Phosphoenolpyruvate(aq) + D-Erythrose 4-Phosphate(aq) + H2O(1) = 2-Dehydro-3-Deoxy-D-Arabino-Heptonate 7-Phosphate(aq) + Phosphate(aq)}»; Journal of Chemical Thermodynamics, (33)12 (2001), 1791—1805. [9]
  27. 1 2 3 4 5 NIST — Thermodynamics of Enzyme-Catalyzed Reactions
  28. 1 2 Tewari Yadu B., Goldberg Robert N., Hawkins Alastair R., Lamb Heather K. — «A thermodynamic study of the reactions: {2-dehydro-3-deoxy-D-arabino-heptanoate 7-phosphate(aq) = 3-dehydroquinate(aq) + phosphate(aq)} and {3-dehydroquinate(aq) = 3-dehydroshikimate(aq) + H2O(l)}»; Journal of Chemical Thermodynamics, 10 (2002), 1671—1691. [10]
  29. PR Andrews and RC Haddon — «Molecular Orbital Studies of Enzyme Catalysed Reactions. Rearrangement of Chorismate to Prephenate»; Australian Journal of Chemistry, 32(9) (1979), 1921—1929. [11]
  30. Peter Kast, Yadu B. Tewari, Olaf Wiest, Donald Hilvert, Kendall N. Houk, and Robert N. Goldberg — «Thermodynamics of the Conversion of Chorismate to Prephenate: Experimental Results and Theoretical Predictions»; Journal of Physical Chemistry B, 101 (50) (1997), 10976—10982. [12]
  31. KEGG — Toluene degradation — Reference pathway
  32. 1 2 KEGG — Polycyclic aromatic hydrocarbon degradation — Reference pathway
  33. KEGG — Benzoate degradation — Reference pathway
  34. KEGG — Aminobenzoate degradation — Reference pathway
  35. KEGG — Xylene degradation — Reference pathway
  36. Uniprot — Pentafunctional AROM polypeptide Rhizoctonia solani
  37. Leonardo Negron, Mark L. Patchett, and Emily J. Parker Expression, Purification, and Characterisation of Dehydroquinate Synthase from Pyrococcus furiosus (англ.). — 2011. — DOI:10.4061/2011/134893
  38. Mary K. B. Berlyn — «Linkage Map of Escherichia coli K-12, Edition 10»; Microbiology and molecular biology reviews, Sept. 1998, p. 814—984 [13]
  39. NCBI — Chorismate biosynthesis biosystem Microcystis aeruginosa NIES-843 [14]
  40. NCBI — Chorismate biosynthesis biosystem Streptomyces avermitilis MA-4680 [15]
  41. NCBI — Chorismate biosynthesis biosystem Bacillus subtilis BSn5
  42. NCBI — Phenylalanine, tyrosine and tryptophan biosynthesis — Methanocaldococcus jannaschii DSM 2661 [16]
  43. NCBI — Chorismate biosynthesis biosystem Aeropyrum pernix K1 [17]
  44. NCBI — Chorismate biosynthesis biosystem Saccharomyces cerevisiae S288c [18]
  45. NCBI — Chorismate biosynthesis biosystem Populus trichocarpa
  46. Максимова Н. П. и соавт. — «Генетические подходы к созданию штаммов-продуцентов биологически активных соединений»; Минск, БГУ, 2009 г. [19]
  47. Бокуть С. Б. и соавт. — «Молекулярная биология: молекулярные механизмы хранения, воспроизведения и реализации генетической информации»; Минск, «Вышэйшая школа», 2005 г. — ISBN 985-06-1045-X
  48. Гусев М. В., Минеева Л. А. Микробиология / Рецензенты: кафедра микробиологии Ленинградского государственного университета. — 2-е изд. — М.: Издательство Московского университета, 1985. — 376 с. — 10 200 экз.
  49. 1 2 3 Metabolic Engineering for Microbial Production of Aromatic Amino Acids and Derived Compounds; Metabolic Engineering 3, 289–300 (2001) [20]
  50. 1 2 3 4 5 Evolutionary Origins of the Eukaryotic Shikimate Pathway: Gene Fusions, Horizontal Gene Transfer, and Endosymbiotic Replacements [21]
  51. YouTube — Portals Align - Shikimate Pathway (playthrough)
  52. YouTube — Toneless Bombast - Shikimat
  53. K. Lohmann, O. Meyerhof Über die enzymatische Umwandlung von Phosphoglycerinsäure in Brenztraubensäure und Phosphorsäure (нем.) // Biochem. Zeit. : Научный журнал. — 1934. — Т. 273.
  54. Giorgio Semenza, Anthony John Turner Selected Topics In The History Of Biochemistry: Personal Recollections IX / Giorgio Semenza. — Amsterdam, London: Elsevier, Gulf Professional Publishing, 2005. — Т. 44. — 438 с. — (Comprehensive Biochemistry). — ISBN 0-444-51866-5
  55. B. L. Horecker, P. Z. Smyrniotis Transaldolase: the formation of fructose-6-phosphate from sedoheptulose-7-phosphate (англ.) // Journal of the American Chemical Society : Научный журнал. — 1953. — Т. 75. — С. 2021. — ISSN 0002-7863.
  56. Proceedings of the Biochemical Society. The 342nd Meeting of the Biochemical Society, Department of Agricultural Chemistry, University College of North Wales, Bangor, on 15 July 1955 [22]
  57. P. R. Srinivasan and D. B. Sprinson 2-Keto-3-deoxy-D-arabo-heptonic Acid 7-Phosphate Synthetase (англ.) // Journal of Biological Chemistry : Научный журнал. — 1959. — Т. 234. — № 4. — С. 716—722.
  58. B. Davis, U. Weiss Aromatic biosynthesis. VIII. The roles of 5-dehydroquinic acid and quinic acid (англ.) // Naunyn-Schmiedebergs Archiv für Experimentelle Pathologie und Pharmakologie : Научный журнал. — 1953. — Т. 220. — № 1—2. — С. 1—15.
  59. Ulrich Weiss, Bernard D. Davis, Elizabeth S. Mingioli Aromatic Biosynthesis. X. Identification of an Early Precursor as 5-Dehydroquinic Acid (англ.) // Journal of the American Chemical Society : Научный журнал. — 1953. — Т. 75. — № 22. — С. 5572—5576. — DOI:10.1021/ja01118a028
  60. Bernard David Davis Aromatic biosynthesis. IV. Preferential Conversion, in Incompletely Blocked Mutants, of a Common Precursor of Several Metabolites (англ.) // Journal of Bacteriology : Научный журнал. — 1952. — Т. 64. — № 5. — С. 729—748.
  61. Bernard David Davis Aromatic biosynthesis. V. Antagonism between Shikimic Acid and its Precursor, 5-Dehydroshikimic Acid (англ.) // Journal of Bacteriology : Научный журнал. — 1952. — Т. 64. — № 5. — С. 749—763.
  62. Ivan I. Salamon, Bernard D. Davis Aromatic Biosynthesis. IX. The Isolation of a Precursor of Shikimic Acid (англ.) // Journal of the American Chemical Society : Научный журнал. — 1953. — Т. 75. — № 22. — С. 5567—5571. — DOI:10.1021/ja01118a027
  63. J. F. Eijkman Sur les principes constituants de l'Illicium religiosum (Sieb.) (Shikimi-no-ki en japonais) (фр.) // Recueil des Travaux Chimiques des Pays-Bas : Научный журнал. — 1885. — Т. 4. — С. 49—53.
  64. Shende Jiang, Gurdial Singh Chemical Synthesis of Shikimic Acid and Its Analogues (англ.) // Tetrahedron : Научный журнал. — 1998. — Т. 54. — № 19. — С. 4697—4753.
  65. 1 2 Bernard D. Davis and Elizabeth S. Mingioli Aromatic biosynthesis. VII. Accumulation of two derivatives of shikimic acid by bacterial mutants (англ.) // Journal of Bacteriology : Научный журнал. — 1953. — Т. 66. — № 2. — С. 129—136.
  66. Ulrich Weiss, Elizabeth S. Mingioli Aromatic Biosynthesis. XV. The Isolation and Identification of Shikimic Acid 5-Phosphate (англ.) // Journal of the American Chemical Society : Научный журнал. — 1956. — Т. 78. — № 12. — С. 2894—2898. — DOI:10.1021/ja01593a067
  67. J. G. Levin, D. B. Sprinson The formation of 3-enolpyruvyl shikimate 5-phosphate in extracts of Escherichia coli (англ.) // Biochemical and Biophysical Research Communications : Научный журнал. — 1960. — Т. 3. — С. 157—163.
  68. F. Gibson and L. M. Jackman Structure of chorismic acid, a new intermediate in aromatic biosynthesis (англ.) // Nature : Научный журнал. — 1963. — Т. 198. — С. 388—389.
  69. U. Weiss, C. Gilvarg, E. S. Mingioli, B. D. Davis Aromatic biosynthesis XI. The aromatization step in the synthesis of phenylalanine (англ.) // Science : Научный журнал. — 1954. — Т. 119. — С. 774—775. — DOI:10.1126/science.119.3100.774
  70. Sherry L. Stenmark, Duane L. Pierson, Roy A. Jensen, George I. Glover Blue-Green Bacteria synthesise L-Tyrosine by the Pretyrosine Pathway (англ.) // Nature : Научный журнал. — 1974. — Т. 247. — С. 290—292. — DOI:10.1038/247290a0
  71. 1 2 3 Якубке Х.-Д., Ешкайт Х. Аминокислоты, пептиды, белки = Aminosäuren, Peptide, Proteine / Перевод с немецкого канд. хим. наук Н. П. Запеваловой и канд. хим. наук Е. Е. Максимова, под ред. д-ра хим. наук, проф. Ю. В. Митина. — 3. — М.: «Мир», 1985. — 457 с. — 2700 экз.
  72. 1 2 Овчинников Ю. А. Биоорганическая химия / редактор Королева Н. В.. — М.: «Просвещение», 1987. — 816 с. — 10 500 экз.

Литература

  1. Мецлер Д. — «Биохимия. Химические реакции в живой клетке» (том 3). Перевод на русский язык под ред. академика А. Е. Браунштейна; Москва, «Мир», 1980 г.

Теме шикиматного пути посвящено несколько обзорных публикаций:

  1. Ronald Bentley — «The shikimate pathway — a metabolic tree with many branches»; Biochemistry and Molecular Biology, 1990, 307—384
  2. John Wiley & Sons, Ltd — «The shikimate pathway: aromatic amino acids and phenylpropanoids»; Medicinal Natural Products, 2002, 121—166

Ссылки

Видео-лекция (англ.): 1 2 3 4 5


Wikimedia Foundation. 2010.

Смотреть что такое "Шикиматный путь" в других словарях:

  • Химия природных соединений — (ХПС)  раздел органической химии, изучающий химические соединения, входящие в состав живых организмов, природные пути их превращений и методы искусственного получения. Как наука, химия природных соединений возникла одновременно с… …   Википедия

  • Триптофан — Триптофан …   Википедия

  • Актиномицеты — Streptomyces sp …   Википедия

  • Диметилтриптамин — Диметилтриптамин …   Википедия

  • Лучистые грибки — ? Актиномицеты Научная классификация Царство: Бактерии Отдел: Актиномицеты …   Википедия

  • Шикимовая кислота — Шикимовая кислота …   Википедия

  • Фенилаланин — Фенилаланин …   Википедия

  • Тирозин — Не следует путать с Тироксин. Тирозин …   Википедия

  • Ароматичность — Ароматичность  особое свойство некоторых химических соединений, благодаря которому сопряженное кольцо ненасыщенных связей проявляет аномально высокую стабильность; большую чем та, которую можно было бы ожидать только при одном сопряжении.… …   Википедия

  • Фенилпировиноградная кислота — Фенилпировиноградная кислота …   Википедия


Поделиться ссылкой на выделенное

Прямая ссылка:
Нажмите правой клавишей мыши и выберите «Копировать ссылку»

We are using cookies for the best presentation of our site. Continuing to use this site, you agree with this.