На главную

База данных KEGG

Общие сведения о метаболическом пути биосинтеза остова(ов) терпеноидов

Карта метаболического пути

На данной схеме сине-зеленым цветом отмечен IPP, а синим DMAPP, участвующий в биосинтезе зеатина (map00908). Бордовым отмечен геранилпирофосфат, участвующий в биосинтезе монотерпеноидов (map00902)(пинен например), фиолетовым отмечены разные изомеры фарнезилпирофосфата, принимающие участие в биосинтезе сескви и тритерпеноидов (map00909), стероидов (map00100), каротиноидов (map00906) и не только (например фарнезильный якорь). Зеленым отмечен геранилгеранилпирофосфат, участвующий в биосинтезе дитерпеноидов (map00904), каротиноидов (map00906), алкалоидов с индольным кольцом (map00403). Лососевым цветом обозначены вещества участвующие в синтезе хинонов терпеноидного происхождения, например убихинона (map00130). Желтым обозначен долихолпирофосфат, являющийся мембранным донором углеводных компонент при N-гликозилировании белков в ЭПР (map00510) Красной стрелочкой отмечена реакция восстановления HMG-CoA, описываемая мной во втором задании.

Ссылка на базу данных KEGG идентификатор - map00900

Краткое описание метаболического пути

Терпеноиды - химические соединения являющиеся производными полимеров изопрена - C5 разветвленного сопряженного диена. В живых организмах полимеры изопрена не получаются напрямую из самого изопрена, а образуются из активированных наличием хороших уходящих групп (пирофосфата) или хороших нуклеофилов (двойная связь) производных, основными из которых являются изопентенилпирофосфат (IPP) и диметилаллилпирофосфат (DMAPP). Существует два принципиально разных способа биосинтеза этих исходных соединений - мевалонатный путь и MEP/DOXP или немевалонатный путь. Часть бактерий, Apicomplexa и растения используют немевалонатный путь, другая часть бактерий и остальные высшие эукариоты используют мевалонатный путь биосинтеза. Мевалонатный путь позволяет получить предшественники терпеноидов из ацетил CoA (затрачивая три штуки на один IPP), в то время когда немевалонатный путь биосинтеза подразумевает получение IPP/DMAPP из пирувата и глицеральдегид - 3 фосфата путем их соединения ферментом-транскетолазой, использующим TPP для стабилизации нуклеофила - карбаниона образующегося при декарбоксилировании пирувата. Получившиеся и взаимопревращаемые IPP/DMAPP могут конденсироваться один раз образуя геранилпирофосфат, который в свою очередь может дополнительно конденсироваться с IPP, образуя фарнезилпирофосфат эти два соединения яляются предшедственниками монотерпеноидов и сесквитерпеноидов соответственно. Помимо этого фарнезилпирофосфат является источником в биосинтезе стероидов и каротиноидов а также позволяет белкам крепиться к мембранам при помощи фарнезильного якоря, крепящегося к белкам за цистеин. Путем дополнительных конденсаций с IPP (потому что он есть нуклеофил) образуются более крупные C5 кратные изопреноиды принимающие участие в биосинтезе алкалоидов с индольным кольцом, фитолов (в отличие от остальных изопреноидов это почти насыщенное соединение), долихола (важный участник N-гликозилирования) и др терпеноидов. Помимо этого терпеноиды являются предшественниками цитокинина растений - зеатина, образующегося из DMAPP и аденина, забавно что некоторые живые организмы используют в качестве донора аценина тРНК.

Метаболический путь биосинтеза остова(ов) терпеноидов в разных доменах жизни

Карта метаболического пути в бактерии Anabaena cylindrica

У данной цианобактерии присутствует только немевалонатный путь биосинтеза терпеноидов, при помощи которого она получает IPP/DMAPP и продукты их конденсаций: геранилпирофосфат, фарнезилпирофосфат и геранилгеранилпирофосфат, фитилпирофосфат используемые в дальнейшем для биосинтеза каротиноидов и хинонов (есть еще веточка к ундекапренилпирофосфату).
Исходя из вышесказанного можно заключить, что ферменты этого пути у цианобактерии есть, цепочки последовательных реакций они образуют. Эти цепочки реакций по одному из альтернативных (немевалонатному) путей ведут к образованию основных предшественников терпеноидов (IPP/DMAPP) и части возможных продуктов их конденсаций, которые затем используются в качестве предшественников для биоситеза в других путях (можно считать что цепочки реакций ведут от начальных веществ к конечным). При этом хотя реализуется образование не всех возможных для этого пути продуктов, можно считать что этот организм способен осуществлять путь полностью, ведь он способен образовывать основные предшественники терпеноидов и довольно большое многообразие конечных продуктов (каротиноиды, хиноны).

Карта метаболического пути в архее Halobacterium salinarum

У данной археи, занимающейся аноксигенным фотосинтезом присутствует только мевалонатный путь биосинтеза IPP/DMAPP которые затем конденсируются в геранилпирофосфат, фарнезилпирофофат и геранилгеранилпирофосфат и используются в качестве источников для биосинтеза ундекапренилпирофосфата (есть фермент - протеаза процессирующий фарнезилированные белки и делающий фарнезилированный цистеин С-концевым, но остсутствует основной фарнезилирующий фермент, что не позволяет считать данный организм обладающим полной цепочкой реакций достаточных для фарнезилирования)
Исходя из вышесказанного можно заключить, что ферменты этого пути у этой археи есть, цепочки последовательных реакций они образуют.(помимо неполного пути фарнезилирования белков) Эти цепочки ведут от исходных веществ к IPP/DMAPP и продуктам их конденсации. Однако эти продукты используются только для биосинтеза ундекапренилпирофосфата (что странно, ведь эта архея занимается аноксигенным фотосинтезом при помощи бактериородопсина, содержащего изопреноидный ретиналь, путь биосинтеза которого из предшественников терпеноидов у данного организма отсуствует). Из-за очень узкого использования метаболитов данного пути данным организмом будем считать, что данный путь не реализуется полностью.

Карта метаболического пути в эукариоте Olea europaea var. sylvestris (wild olive)

У растения-эукариота, унаследовавшего оба пути биосинтеза предшественников терпеноидов и мевалонатный и немевалонатный (первый - стандартный эукариотический, а второй хлоропластный), которые конечно приводят к образованию IPP/DMAPP и множеству продуктов их конденсации, которые затем используются для биосинтеза стероидов, каротиноидов, терпеноидов и др, что неудивительно ля фотосинтезирующего организма.
Исходя из вышесказанного можно заключить, что ферменты этого пути у растения есть, цепочки последовательных реакций они образуют, цепочки реакций ведут от начальных веществ к конечным, этот организм способен осуществлять путь полностью.

Реакция восстановления HMG-CoA в базе данных KEGG

Ссылка на реакцию в БД KEGG REACTION id: R02081

Эта реакция отмечена красной стрелкой на общей карте метаболического пути биосинтеза предшественников терпеноидов.